食源性微生物檢測及溯源研究進展

粟麗千,張 倫,王 建,盧雪梅,*

(1.廣東藥科大學生命科學與生物制藥學院,廣東廣州 510006;2.廣東省生物活性藥物研究重點實驗室,廣東廣州 510006;3.廣東藥科大學藥學院,廣東廣州 510006)

食源性疾病是指經攝食進入人體的各類致病因子引起的一類疾病,通常包括食物中毒、腸道傳染病、人獸共患病等,這類疾病常伴隨中毒癥狀且具有一定的傳染性,是當前人們廣泛關注的衛生問題[1]。世界衛生組織對2010年全球食源性疾病負擔的評估報告中指出:食源性致病微生物是引起人類患食源性疾病的最主要原因,食源性疾病造成的全球負擔與艾滋病毒、瘧疾及結核病等傳染病相當[2]。

食源性致病微生物被認為是伴隨食品生產及供應的整個過程中出現的,造成食品污染、腐壞及變質的生物因素,這類微生物以食物為媒介在人群及環境中廣泛傳播,可導致人體惡心、嘔吐、胃痛、腹瀉等,嚴重時可損傷臟器甚至誘發中毒性休克[3-4]。例如,志賀氏菌(又稱痢疾桿菌)經侵襲作用進入人體腸道后,可通過內毒素及外毒素的雙重作用破壞腸粘膜而引發人體腸道疾病,臨床癥狀常表現為機體發熱、腹痛腹瀉、心衰等[5]。食源性致病微生物大體上可分為三類:一是致病菌,如鼠傷寒沙門氏菌、大腸桿菌、單核細胞增生李斯特氏菌等;二是致病性病毒,如輪狀病毒、冠狀病毒、諾如病毒等;三是寄生蟲,如豬帶絳蟲、旋毛蟲、蛔蟲等[6]。

傳統的微生物檢測及溯源方法通常是根據微生物基因型及表型進行檢測或分型,包括培養基分離、形態觀察、生化鑒定、抗生素耐性分析及血清學分型等[7-8]。由于食品中存在多種致病微生物,因此檢測前通常需要對微生物進行選擇性富集并分離,該過程不僅操作繁瑣、耗時長,且難以實現復雜樣品中多種微生物同時檢測[9]。因此,探索更為高效簡便的新型食源性微生物檢測及溯源方法對預防食源性微生物中毒、快速鎖定致病源并控制疾病傳播具有重要的意義。本文對近幾年出現的食源性致病微生物的檢測及溯源方法進行綜述,并對這些新技術的優缺點進行簡要介紹,為食品安全監管提供一定的技術支撐和參考。

1 食源性微生物檢測方法

1.1 免疫學檢測法

免疫學檢測法是利用抗原抗體間特異性結合的基本原理進行微生物檢測,不同的微生物有其特異的抗原,并能激發機體產生相應的特異性抗體。基于此,可制備特異性單克隆抗體檢測微生物的特異抗原,也可利用相應的微生物抗原檢測體內產生的特異性抗體。免疫學檢測法主要包括酶聯免疫吸附技術(enzyme linked immunosorbent assay,ELISA)、免疫層析技術(immunochromatography assay,ICA)、免疫磁性分離技術(immunomagnetic separation,IMS)及免疫熒光(immunofluorescence)技術[10-11]。

免疫磁性分離技術又稱免疫磁珠分離技術,該項技術與其他檢測技術相結合可在致病菌的檢測過程中發揮更大的作用[12]。例如,呂觀等[13]利用免疫磁珠結合環介導等溫擴增的方法檢測牛肉中的鼠傷寒沙門氏菌與金黃色葡萄球菌,優化實驗條件后,所建立的方法在富集5 h后對牛肉中的鼠傷寒沙門氏菌的檢測限可達1.2 CFU/mL;富集7 h后,金黃色葡萄球菌的檢測限可達4.4 CFU/mL。在眾多的免疫檢測方法中,標記的免疫層析技術應用較為普遍,包括膠體金標記的免疫層析技術、石墨烯標記的免疫層析技術、磁性納米標記的免疫層析技術及量子點標記的免疫層析技術[14-15]。

表1列出了常見的免疫學檢測法在食源性微生物檢測中的應用舉例?；诿庖邔W的檢測方法最突出優點是檢測特異性高,Zhang等[24]基于雞抗蛋白A IgY和任意非特異性哺乳動物IgG的雙重識別作用來檢測金黃色葡萄球菌,通過優化體系,在未經富集的100 μL PBS溶液中,金黃色葡萄球菌的檢測下限可達11 CFU/mL,線性范圍為5.0×102～5.0×104CFU/mL,整個檢測過程在90 min內即可完成。這種檢測方法不僅特異性強,而且操作簡便,為食品樣品中金黃色葡萄球菌的檢測開辟了一條新的途徑。

表1 常見免疫學檢測法應用舉例

1.2 分子檢測法

分子檢測法主要是對微生物遺傳信息擴增并檢測比對,包括PCR及其各類衍生技術、DNA探針技術、環介導等溫擴增技術(loop-mediated isothermal amplification,LAMP)、核酸序列擴增技術(nuclear acid sequence-based amplification,NASBA)、DNA微陣列(又稱基因芯片)技術等[25-28]。

在各類PCR檢測方法中,多重PCR(multiple PCR)在檢測的靈敏度及特異性方面有著獨到的優勢,具有高效性、系統性和經濟簡便性,可以同時檢測或鑒定多種病原微生物,已廣泛用于各類食品中微生物檢測[29-30]。但由于PCR對檢測樣品中的靶微生物濃度要求較高,因此檢測前通常需要將其富集以制備出高質量的DNA,這部分工作通常費時費力[31]。常用的方法有選擇性培養增殖、離心、過濾或免疫吸附富集等方法。此外,數字PCR(digital PCR)是一種核酸分子絕對定量技術,將DNA或cDNA樣品分割為許多單獨、平行的PCR反應來稀釋背景,從而實現更高的檢測靈敏度、分辨率、速度和精密度[32]。

無法分辨存活和死亡的微生物是傳統PCR法的一個主要缺點,這會導致誤導性結果的產生。為了彌補這一缺陷,在提取DNA前,研究人員使用生物染料如單疊氮乙錠(ethidium bromide monoazide,EMA)或單疊氮丙啶(propidium monoazide,PMA)對樣品進行預處理,使EMA/PMA嵌入死亡細胞的DNA中并與之共價結合,隨后再按照常規方法進行DNA提取和擴增分析,死細胞DNA擴增反應被強烈抑制,這樣可有效區分活細胞及死細胞的DNA[33]。目前,科學家已將該項技術用于檢測各種微生物,包括食品和環境中的細菌細胞和孢子、真菌、病毒和酵母等[34]。Kragh等[35]利用PMA長擴增的方法建立了對食品中加工和熱處理的單核細胞增生性李斯特菌活菌的定量PCR方法。Miotto等[36]評估了不同濃度PMA在不同光照時間和光照強度對細胞懸液和食物基質中大腸桿菌細胞的影響,確定了PMA濃度為50 μmol/L、光強650 W下處理15 min為大腸桿菌PMA-qPCR定量檢測的最優條件。盡管EMA/PMA-PCR能有效區分活菌和死菌,但EMA/PMA-PCR的操作程序較為繁瑣。Soejima等[37]創新性地使用鉑化合物對水和牛奶中的活微生物和死亡微生物進行區分,鉑化合物與EMA/PMA作用機理類似,但使用鉑化物的PCR法更為簡便快速。Canh等[38]使用脫氧膽酸鈉(sodium deoxycholate,SD)預處理以提高EMA、PMA和順式二氯二胺-鉑金(cis-dichlorodiammineplatinum,CDDP)在RT-PCR方法中對病毒的定量效率,結果表明,SD預處理能有效增強3種活性標志物對病毒的穿透能力,且以SD預處理的CDDP-RT-qPCR方法最能反映病毒的感染性。

1.3 生物傳感器技術

生物傳感器是將生物分子反應轉化為可定量觀測的其他信號并進行放大的技術,主要由感受器和能量轉換器兩部分構成。生物傳感器的原理為待測物質經感受器時與感受器上的敏感原件結合,這些敏感材料通常是具有生物活性的酶、抗原、抗體、細胞、微生物等,后經適當的能量轉換將待測物質的濃度信息轉化為光、電、聲等信號并進行放大傳輸,最終在顯示器上輸出[39]。近年來,由固定化生物敏感材料作為識別元件的傳感器用于微生物檢測的技術相繼報道,尤其是電化學生物傳感技術,已廣泛地應用于各類病原體的檢測[40]。Zhang等[41]將大腸桿菌16S rDAN上的某一特定可變序列作為生物標記物,以寡核苷酸探針和納米縫隙網絡電極為傳感元件,構建了一種可快速靈敏檢測大腸桿菌的方法,檢測下限可達100 CFU/mL。

在過去的十幾年中,納米材料的出現為下一代生物傳感器的發展開辟了新的方向。Yin等[42]設計一種由胍基官能化上轉換熒光納米粒、鞣酸和過氧化氫組成的熒光納米傳感器,并將其成功應用于食品中七種常見細菌的同時檢測。Nasrin等[43]基于金納米粒子(AuNPs)和熒光CdSe TeS量子點的局域表面等離子體共振行為,提出了一種對諾如病毒具有良好選擇性和靈敏度的無標記傳感方法,該檢測方法能在低病毒濃度下進行超靈敏檢測,為開發高性能、高靈敏度的生物醫學病毒檢測傳感探針提供了技術支持。此外,通過結合納米材料的固有特性,在納米尺度上設計電極界面控制以增強其傳感能力,是近年生物傳感器研究的熱門話題,顯露出良好的開發潛力[44]。新興性能優良的納米材料應用于生物傳感器,不僅提高了生物傳感器的傳感能力,還使傳感器具備了微型化的能力,為開發水源性和食源性病原體的檢測提供了強大的技術支持[45]。

1.4 儀器檢測法

用于微生物檢測的儀器法主要包括光譜技術、質譜技術及色譜技術等。光譜技術具有非侵入和無損的特點,不僅可以降低檢測成本,還可避免環境污染[46]。有“指紋圖譜”之稱的表面增強拉曼光譜(surface-enhanced raman scattering,SERS)在食源性微生物的檢測中具有分析速度快、靈敏度高等優點[47]。Wu等[48]描述了一種基于適體的SERS技術用于檢測海產品中副溶血性弧菌的方法,該方法將拉曼報告分子4-巰基苯甲酸與適配子修飾的金納米顆粒(AuNPs)鏈接作為信號探針,并用鍍金聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜增強拉曼散射,該方法有效地簡化了分析過程,其檢測線性范圍為1.2×102～1.2×106CFU/mL,檢出限為12 CFU/mL。此外,近紅外光譜成像技術在食品的化學危害檢測、微生物危害檢測、物理危害檢測等安全評估中發揮著不可或缺的作用[49]。Tao等[50]利用可見光-近紅外光譜(visible-near-infrared,VIS-NIR)在400～2500 nm的光譜范圍內檢測了去殼花生仁中黃曲霉毒素B的污染情況,利用不同范圍的全光譜數據建立偏最小二乘判別分析(PLS-DA)模型,對花生仁黃曲霉的污染進行了有效的鑒定。

質譜技術則更多地應用于腐敗菌檢測領域,同時也可以檢測到革蘭氏陽性菌,讓食物中細菌有效分離并在質譜上得到驗證[51]。熟肉類產品的包裝通常存在細菌腐敗的風險,Geeraerts等[52]利用質譜技術結合基因組DNA-PCR及基因測序的方法對熟火腿貯存過程中的揮發性物質進行分析,得出麥芽糖桿菌、薩氏乳桿菌和變形沙雷氏菌是熟火腿中存在的主要細菌類型,且揮發物質中的2,3-丁二醇、乙酸乙酯和乙醇等物質可作為腐敗的標志。

色譜技術不僅可用于檢測微生物本身,還更適用于微生物次級代謝產物的檢測[53-54]。食品中的真菌毒素,尤其是黃曲霉毒素,是最具代表性的微生物代謝產物,具有一定的毒性[55]。Frimpong等[56]利用高效液相色譜分析了從辣椒中分離到的22株產毒真菌菌株,其中有11株菌株屬于能產生黃曲霉毒素B1等有害物質的曲霉菌屬、鐮刀菌屬和青霉菌屬。

近幾年來,幾種技術聯合應用的檢測方法不斷涌現,已逐漸成為當今主流檢測手段之一。如Najat等[57]采用頂空-固相微萃取氣相色譜-質譜(headspace solid-phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry,HS-SPME-GC-MS)技術檢測牛奶中沙門氏菌釋放的揮發性有機化合物,這種檢測方法可在37 ℃孵育5 h內檢測和鑒定沙門氏菌。盡管儀器檢測法具有樣品消耗量低、分析檢測快、應用范圍廣等優點,但也存在樣品處理時間長、檢測難以標準化等不足[58]。

1.5 其他檢測方法

除上述幾種常見的檢測方法外,ATP生物發光技術及噬菌體檢測技術也是當前研究的熱點[59]。ATP生物發光技術通過檢測食品中微生物ATP總量以反映食品受污染的嚴重程度,不僅具有省時、便捷、可現場檢測等優點,還可用于大樣本檢測。寇曉晶等[60]采用免疫磁珠技術聯合ATP生物發光技術用于食品中沙門氏菌、單核細胞增生性李斯特菌及金黃色葡萄球菌的檢測,該法不僅顯著縮短了預增菌時間,還具有快速、低廉、易推廣的特點。張志杰[61]利用納米探針技術結合ATP生物發光技術設計了一種用于大腸桿菌檢測的新型生物傳感器,檢測可在20 min內完成。ATP作為細胞內一種重要的代謝中間產物,一般情況下其含量較為穩定,因此,通過測定樣品中的ATP含量即可間接獲得樣品中活菌總數。但若樣品中含有非細胞性ATP,則檢測結果易受影響[27]。

噬菌體是一種能夠感染并殺死微生物的病毒,通過噬菌體受體結合蛋白(receptor binding proteins,RBPs)與宿主細胞表面的特異性受體結合,噬菌體這種可特異性結合宿主的特點賦予了噬菌體很高的生物技術潛力[62]。近年來,結合分子生物學、免疫學、納米材料學及其他學科建立起來的新型噬菌體檢測技術在食品微生物檢測領域中顯示出了巨大的優勢。Xu等[63]設計了一種以野生型T4噬菌體為識別元件的新型電化學生物傳感器用于活病原菌的檢測,該方法顯示出了區分活菌細胞和死亡細菌細胞的能力,在優化固定化條件后,其檢測下限可達14±5 CFU/mL。噬菌體不僅具有體積小、結構簡單、易侵襲、價格便宜等特點,還具有區分活細菌及死細菌的能力,使得噬菌體及其代謝產物在病原微生物的檢測應用中受到越來越多的關注[64]。

2 食源性微生物溯源技術

2.1 基因分型技術

近年來,用于微生物溯源檢測的基因型分型方法主要包括基于基因測序、基于酶切技術及基于PCR擴增的分型方法。其中,基于基因測序的分型方法主要包括基于核心基因組多位點序列(core genome multi-locus sequence typing,cgMLST)分型技術及基于全基因組的單核苷酸多態性(whole genome single nucleotide polymorphisms,wgSNP)分型技術;基于PCR擴增的分型方法主要包括基于多位點可變數目串聯重復序列(multiple locus variable-number tandem repeat analysis,MLVA)分型技術、基于規律間隔短回文重復序列(clustered regularly interspaced short palindromic repeats,CRISPR)分型技術以及基于重復序列擴增(repetitive sequence-based PCR,rep-PCR)分型技術;基于酶切技術的分型方法主要是脈沖場凝膠電泳(pulsed-field gel electrophoresis,PFGE)技術[65]。表2對這幾種分型方法的優缺點進行了歸納,在實際應用中,研究者應當綜合實驗目的及實驗條件合理選擇分型方法。

表2 幾種基因分型技術的優缺點

2.1.1 基因測序技術 基因測序技術是收集病原體的遺傳物質并擴增、測序,將測序結果與現有數據庫比對分析進行溯源的方法。從1977年第一代DNA測序技術,即雙脫氧鏈終止法發展至今,基因測序技術經歷了一次又一次變革。按測序原理的不同,該項技術的發展可劃分為四個階段:第一代,雙脫氧鏈終止法,是現在應用最多的核酸測序技術,但這種方法通常耗時較長,通量低,成本高;第二代,高通量測序技術,又稱下一代基因測序技術(next generation sequencing,NGS),主要以邊合成邊測序技術為代表;第三代,單分子測序技術,測序過程無需進行PCR擴增;第四代,納米孔長讀長測序技術[69]。

傳統的多位點序列分型(multilocus sequence typing,MLST)方法是根據MLST數據庫提供的引物來設計PCR以擴增待檢測菌的高保守性管家序列,根據管家的基因型確定相應的ST類型,通過比對這些管家基因序列的差異對菌株進行分型[68]。閆瑞等[70]將7個位點的多位點序列(7-loci multilocus sequence typing,7-loci MLST)分型法對2438株克諾羅菌株進行分析,定義了ST4、ST1、ST7和ST13四種主要序列型,由于MLST僅對選取的7個管家基因進行分型,導致了同一ST型中包含了不相關菌株,因而溯源效果不佳。Ghanem等[71]將25個不同的滑膜支原體全基因組序列分成302個核心基因組,并將這302個核心基因組其作為cgMLST分型的靶基因(占MS基因組的35.5%),分型結果顯示,基于cgMLST的系統進化樹分型結果與基于核心基因組單核苷酸多態性分析及現有的流行病學信息高度一致,且cgMLST的高分辨力允許在相同MLST類型的樣品之間進行進一步區分。

與cgMLST類似,wgSNP則是比對細菌基因組中的單核苷多態性的差異而進行分型的技術。Pisarenko等[72]使用wgSNP方法將1961～2016年間從俄羅斯西伯利亞地區收集的10株炭疽桿菌基因組與GenBank數據庫中已有的185株炭疽菌基因組進行對比分析,確定了俄羅斯分離株在炭疽菌全球進化系統中的重要地位。

WGS分型結果準確率高,常用于臨床疾病診斷、流行病學研究、毒力基因及耐藥基因篩選[73]。2019年12月,中國湖北省武漢市爆發了由新型冠狀病毒(SARS-CoV-2)所致的肺炎感染,武漢華南海鮮市場曾被認為是疫情傳播的“萬惡之源”。Yu等[74]利用WGS對此次SARS-CoV-2病毒的進化和傳播途徑進行分析,研究學者們基于病毒樣本中的120個變異位點得到了58種單倍型,發現來自華南海鮮市場患者的病毒基因主要與H1單倍型有關,而作為更古老的H3、H13以及H38單倍型樣本則來源于華南海鮮市場之外,提示武漢華南海鮮市場可能不是此次新型冠狀病毒的發源地。與傳統分型方法相比,WGS成本低、測序快,且不同地區的實驗室可以通過PulseNet公共數據庫進行數據分享[75-76]。當前,由86個國家組成的PulseNet國際網絡已發展成為一個全球實驗室網絡,WGS也已成為該網絡中用于代替分子亞型檢測法的主要候選者[77],但通常用于WGS的儀器較為昂貴。

2.1.2 基于PCR擴增的分型技術 MLVA分型是擴增微生物上多個可變數目串聯重復序列(variable number tandem repeat,VNTR),擴增產物經毛細管電泳后根據不同VNTR位點數目差異進行分型[78]。Hosseini-Nave等[79]用PCR法檢測了37株腸道聚集性大腸桿菌(entero-aggregativeEscherichiacoli,EAEC)的11個毒力基因,并以MLVA分析這些菌株的遺傳親緣關系,發現EAEC屬于具有多種毒力因子的異質性大腸桿菌群。王磊等[80]發現,在一起致瀉性大腸埃希菌所致的感染疫情中,MLVA的分型結果和脈沖場凝膠電泳(PFGE)的分型結果一致,但MLVA具有更快速、更簡便、通量更高的特點。

典型的CRISPR-Cas系統通常包括前導序列、CRISPR陣列以及CRISPR相關蛋白編碼基因(CRISPR associated genes,cas)蛋白組成,CRISPR陣列中的間隔序列的插入或丟失等可準確反應致病菌菌株或血清型間的關系,因而可用于細菌分型和流行病學研究[68]。Xie等[81]用CRISPR分型法對中國2009～2017年間來自人和動物的173株鼠傷寒沙門氏菌及其單相變異沙門氏菌進行基因分型,發現TST4是ST34分離株中最常見的CRISPR型,并揭示豬是我國鼠傷寒沙門氏單相變異菌的主要宿主。

rep-PCR屬于自動化的基因分型系統,該方法通過PCR擴增細菌的非編碼重復序列,將擴增片段進行電泳分離后通過分析軟件進行分型[82]。Prasertsee等[83]使用rep-PCR分型法分析了從肉類食品和人類病例中分離出來的沙門氏菌血清型間的遺傳相關性,發現從肉類樣品中分離到的沙門氏菌與人病例中的部分沙門氏菌具有完全相同的克隆。研究表明,rep-PCR對單核細胞增多性李斯特菌亞型的鑒別能力與PFGE分型方法類似,rep-PCR可作為單核細胞增多性李斯特氏菌亞型的一種替代方法[84]。類似地,李雪等發現,利用rep-PCR方法對溶藻弧菌分型與PFGE分型結果一致,且rep-PCR具有更廉價的特點[82]。

2.1.3 脈沖場凝膠電泳(PFGE)技術 脈沖場凝膠電泳(pulsed-field gel electrophoresis,PFGE)分型技術被認為是沙門氏菌分型檢測的“金標準”。用于微生物溯源的PFGE技術是通過采集患者糞便或其所接觸物品中的微生物,利用限制性內切酶將病原微生物DNA切割成許多小片段,按我國流行病致病菌識別網的規范,經脈沖凝膠電泳分離而對致病微生物分型[85]。整套的檢測流程通常包括致病菌的生化鑒定、血清型分析、PFGE電泳、核酸分析及藥敏性分析等[86-87]。因PFGE具有結果穩定、重復性好、成本低且易普及等優點,是當前國內用于食源性微生物(尤其是沙門氏菌)同源性追蹤的最常用技術[88-89]。在2018年重慶市爆發的農村宴席食物中毒事件中,重慶市疾病預防控制中心利用PFGE技術成功判斷了該事件是由餐飲人員在食品加工過程中引入腸炎沙門氏菌所致[90]。與其他基于PCR的分型技術相比,盡管在常規瓊脂糖凝膠上分離條帶的PFGE分型技術操作繁瑣且重現性低,但由于PFGE對病原體檢測結果易于標準化,加上可利用現有的數據庫進行對比追蹤,使得PFGE仍是各地疾病預防控制中心用于病原微生物分型的最常用技術[91]。

2.2 基質輔助激光解吸電離飛行時間質譜(MALDI-TOF-MS)技術

基質輔助激光解析電離飛行時間質譜(matrix-assisted laser desorption and ionization-time of flight mass spectrometry,MALDI-TOF-MS)是依據細菌蛋白指紋圖譜的特異性進行分型的方法,當激光照射到樣品蛋白與基質形成的晶體時,基質從激光中獲取能量并將這部分能量傳給蛋白質使得蛋白質電離,電離形成的分子碎片經離子飛行時間(time of flight,TOF)檢測器檢測后可得到檢測結果[92]。MALDI-TOF-MS最大的優點是可在較短時間內準確檢出菌屬水平信息,其準確率通常可維持在92.5%～99.0%[93]。Eiseul等[94]使用MALDI-TOF-MS對幾種食物中葡萄球菌菌株的種類進行鑒定,經擴展直接轉移提取法和甲酸提取法制備菌種并培養24 h后,葡萄球菌菌屬水平信息的鑒定均達100%準確率。此外,微生物代謝產物分析及納米磁珠等技術的使用有效拓寬了MALDI-TOF-MS的應用范圍,為MALDI-TOF MS在食品監測和流行病學研究領域的推廣及應用提供支持[95]。

2.3 變性梯度凝膠電泳(DGGE)技術

變性梯度凝膠電泳(denaturing gradient gel electrophoresis,DGGE)是利用標記基因獲取微生物蛋白指紋圖譜,通過對比圖譜差異來對被污染物及污染源進行分析的電泳技術。1993年,Muyzer等[96]首次將DGGE應用于微生物群落研究;同年,許偉等[97]基于16S rDNA開發了PCR-DGGE技術。PCR-DGGE技術發展至今已廣泛用于被污染水體中細菌種群的遺傳多樣性分析,該項技術最大特點是能夠在微生物群落組成不斷變化的過程中實施動態分析[98-99]。Kanchana等[100]在PCR-DGGE的基礎上提出了逆轉錄酶—PCR-DGGE的技術,并將這種技術與常規PCR-DGGE一同用于混合弧菌的鑒定。結果顯示,引入逆轉錄酶的方法使得分析結果具有更高的靈敏度。作為病原菌溯源分型的又一利器,PCR-DGGE不僅檢測性高、分辨率好,而且無需對微生物進行培養。因此,這種方法不僅適用于分析水環境及土壤中微生物群落的組成及變化,還可以用于環境中的未知微生物群落的探索,是一項非常具有應用前景的技術[101]。

2.4 微生物源示蹤技術

水是生命之源,也是食源性微生物大范圍傳播的重要媒介,人類的生活無一例外離不開水,受污染的水體用于人們的生活及農作物灌溉無疑是影響人類健康的重大風險因素。傳統的微生物示蹤(microbial source tracking,MST)技術主要是基于糞便指示菌(fecal indicator bacteria,FIB)的檢測,但這種方法僅能表示水體被污染的程度,卻不能指示污染的來源[102]。因此,孫志浩等[103]尋找了如糞便厭氧菌、噬菌體及指示病毒作為替代指示微生物以拓寬MST的應用。此外,基于第二代測序衍生的兩種技術,一種是引入操作分類單元(operational taxonomic unit,OTU)概念的技術,另一種是SourceTracker程序,使得MST可以在更寬的范圍內追溯糞便污染來源。引入OTU聚類分析的高通量測序技術不僅減少了測序的工作量,而且還能自動識別并去除一些測序錯誤的序列,有效提高了分析準確性[104]。Clairessa等[105]應用由Scott教授及其團隊開發的Source Tracker軟件基于貝葉斯算法對目標樣本及微生物源樣本的群落構成分析,根據分析結果可預測目標樣本中的微生物在各微生物源樣本中所占的比例。然而,盡管MST技術的應用已較為普遍,但其檢測結果易受地理條件及環境氣候的影響,且不同地區人體及動物腸道菌群存在較大的差異性,加上目前尚未出現能表征不同水體中病原菌污染的替代指示微生物,使得MST難以建立出一套標準化的檢測方案[103]。

3 結論及展望

本文綜述了近年來用于食源性微生物檢測及溯源的新興技術,并簡要評述了這些技術的優缺點。在微生物的檢測方法中,免疫學檢測方法的突出特點就是高特異性,且不需要大型儀器,但基于免疫學的方法通常需要獲得數量足夠多的純化細菌,免疫磁性分離技術恰可代替傳統檢測方法中富集細菌這一步驟,可有效縮短檢測時間;分子檢測方法通常具有快速、高效的特點,其中應用較為廣泛的是PCR法,將PMA、EMA及鉑類化合物應用到PCR方法中可克服傳統PCR方法無法區分存活細菌和死亡細菌缺點,但基于分子檢測的方法通常試劑盒較貴;生物傳感器具有分析效率高、檢測成本低、操作簡單等優點,在食源性微生物的實時監測中發揮著重要作用[59];基于儀器的分析方法具有樣品消耗量低、分析速度快、應用范圍廣等優點,但也存在樣品處理時間長、檢測難以標準化等不足;ATP生物發光技術具有省時、便捷、可現場檢測等優點,但其檢測結果易受非細胞性ATP的干擾;噬菌體檢測技術具有易侵襲、特異性強、價格便宜的特點,但噬菌體的宿主譜較窄,往往只對細菌某種血清型或分離株有特異性[106]。在微生物溯源方法中,基因分型技術應用較廣,且cgMLST、wgSNP及MLVA分型方法的結果均可數字化,便于建庫;cgMLST分型方法分辨率高、復現性強,計算量較wgSNP少,而wgSNP則更適用于揭示病原菌進化史;基于CRISPR的分型技術通量高;rep-PCR分型操作簡便且復現性高;PFGE分辨能力高、分型能力強且分型成本低,但操作過程較為繁瑣;MALDI-TOF-MS具有分析速度快、通量高等特點,但此類方法需建立出相應的特征菌圖譜庫[92];微生物示蹤技術則主要用于水體中糞便污染菌的溯源,但該種方法受環境、地區影響大,難以實現標準化檢測。

綜上所述,基于免疫學及分子生物學的微生物檢測方法應用較廣,這些方法檢測特異性高,且通常不需要較高的操作技術即可完成;生物傳感器及儀器分析法檢測方法具有快速、簡便的特點,但它們需要有大型儀器設備支撐,若實驗條件滿足,此類檢測方法在微生物的實時監測中可發揮著重要作用。在各類溯源方法中,各類基因分型方法在完善了微生物信息數據庫后,方可顯示出強大的溯源能力;而PFGE則較適用于應對地方性小范圍的微生物溯源分析。

總之,食源性致病微生物的檢測及溯源在食品安全監管中至關重要,隨著新材料新技術發展,食源性微生物的檢測和溯源方法正朝著超靈敏、高通量、更快速的方向發展,同時,多種技術聯合應用的方法在食源性致病菌的檢測及溯源中發揮了重要的作用。食源性致病菌爆發的感染呈現區域化、全球化的趨勢,因此,建立并完善微生物相關信息數據庫,為各國應用微生物感染時快速準確地查找微生物來源、進而采取及時有效的措施具有重大的意義。同時,為保障人民免受食源性致病菌侵擾、減少國家經濟損失,國家政府應加大對食品安全檢測技術研發及微生物信息收集網絡建設的資金和人員投入,讓食品衛生安全監管的成果惠及百姓。