基因芯片技術在食品檢測中的應用

湖南師范大學生命科學學院 洪詩然

伴隨著我國社會經濟的不斷發展，基因芯片技術在眾多領域中均得到了廣泛地運用。基因芯片技術屬于一種多學科交叉融合所產生的高新技術，在檢測中不僅具備快速準確的特征，同時重復性較好，當前在食品檢測中也得到了廣泛的應用。基于此，本文先是概述了基因芯片技術的概念，分析了基因芯片技術在食品檢測中的具體應用，僅供同行參考和借鑒。

保證食品安全的重要手段之一就是開展食品檢測工作。而在食品檢測工作中，基因芯片技術因具備信息量大、操作簡單以及重復性強等眾多優勢得到了廣泛的應用，該技術可有效檢測食品中的營養成分[1]，同時對食品的健康衛生、安全以及食品質量進行監督，只有食品檢測工作過關，才能為人類的生命健康安全提供保證，并且這對于整個食品領域的長期健康發展也有非常重要的影響。

1 基因芯片技術概述

1.1 基因芯片原理

基因芯片也被叫做DNA芯片或者DNA微陣列，其是一種生物芯片，通過采用微電子學、物理學、化學以及生物學等高科技技術，將眾多的基因探針或者片段，依照特定的陣列形式，以穩固惡方式，將其在玻璃、硅片、塑料或者尼龍膜等載體上固定，進而形成井然有序、且精致緊密的DNA分子點陣[2]。由于基因芯片的固相載體比較常運用硅芯片或者硅玻片，所以也常被叫做基因芯片。基因芯片在DNA序列技術、表達差異以及基因表達等均得到了廣泛地運用，同時從現階段來看，基因芯片技術在食品安全檢測中也得到了廣泛的應用。

1.2 基因芯片分類

根據基因芯片的實際功能，可將其分為表達譜基因芯片、檢測芯片及診斷芯片；若是按照芯片的點樣方式進行分類，可分為電定位芯片、微矩陣芯片以及原位合成芯片；再如果按照芯片運用探針的差異進行分類，可分為cDNA芯片以及寡核苷酸芯片。

1.3 基因芯片制備方法

基因芯片技術，可從以下三個方面進行概括：(1)為芯片的制備環節，通過運用表面接收到化學處理的固相載體，如使用硅片或者玻片然后將其作為芯片的片基，根據已經規定好的順序把DNA片段一一排列在片基上。(2)制備樣品與雜交的環節，通常情況下，生物樣品是不可以與芯片直接進行反應的，所以應對樣品進行特殊的生物化處理，然后把存在與DNA或者RNA的信息分子取出來，并將標記工作做好，之后科學選擇具體的反應條件，從而促使樣品及靶標分子出現雜交反應[3]。(3)對芯片的檢測與分析環節，現階段對于芯片信號檢測最常運用的檢測方法就是在芯片掃描儀中植入芯片，然后對不同反應點的熒光強弱及位置分別進行采集，并運用技術軟件進行針對性分析，從而對有關的生物信息進行獲取。

2 基因芯片技術在食品檢測中的應用

2.1 在食品微生物檢測中的應用

2.1.1 微生物檢測的基本原理

該檢測技術的根本原理為，先在芯片表面把不同種類的基因寡核苷酸進行點樣，并將微生物樣品DNA通過PCR擴充之后，把熒光標記探針的制作購置工作做好，之后與芯片上邊寡核苷酸點進行雜交，最后經過對掃描儀定量以及分析熒光分布模式的運用，明確所檢測的樣品，是否有特殊的微生物存在[4]。基因芯片技術不僅可對不同介質中的微生物進行檢測，同時可對比較繁雜微生物群體的基因表達進行深究[5]。相較于以往的檢測方式，如：細菌培養或者生化鑒定等，該技術具有更高的檢測水平，主要在以下三方面中得以體現：(1)基因芯片可進行下一代測序技術檢測及同時實施檢測，只需要開展一次實驗工作就可取得所有的結果；(2)該技術的運用，具有操作快速簡單的特征，一般情況下，檢測工作的全部時間加起來只有4小時左右就可獲取具體結果的，但是傳統的檢測方式通常需要5-7天左右；(3)該檢測技術不僅敏感性高，并且具有較強的特異性[6]。

2.1.2 采集制備樣品及DNA分離純化

在實際開展食品衛生檢測工作的過程中，其所包含的檢測工作內容不僅品種類型較多、且樣品的數量也比較大。在食品分布中，因為微生物因具備隨機性、種類廣的特征，所以運用基因芯片技術對食品中的微生物進行檢測，首先需要考慮解決的問題即典型樣品的采集工作，大范圍的篩選工作等[7]。近些年以來，關于采集和分離食品標本中除分析物以外的一切組成工作的進展研究非常快，不僅進一步的完善了傳統檢測工作中的離心、過濾及免疫捕集技術，同時還把非常多分離純化手段納入到了檢測食品微生物的過程中。擴充PCR的過程中，對DNA的純度提出了更高的要求，但在食品微生物中靶核酸濃度相對來說比較低，且具有較強的特質性，所以在食品分析檢測的過程中，運用基因芯片技術，對微生物DNA進行分離純化是檢測工作中的一項重難點工作[8]。有關研究中，構建了順磁珠分離純化DNA技術，不僅具有較高的敏感性，并且操作簡便實用，通過運用此方式可一次性完成細菌濃縮及DNA純化，所以在食品微生物的檢測中，順磁珠分離純化DNA技術得到了較為廣泛的應用。操作的具體流程為，在多聚體表層上填充高離液序列性的鹽及去污劑，混合順磁珠及食品樣品，并將潛藏在其中的微生物吸附過來，之后把順磁珠上所攜帶的細菌微生物進行熱解，這個過程可運用裂解液進行，最后把存在的雜質物全部清洗干凈，所得到的純化的DNA就可在PCR擴充上進行有效運用了。順磁珠分離純化DNA技術可對潛藏的細菌或者真菌等微生物進行有效檢測，當前已在水果、蔬菜及魚類等動植物食品檢測中均得到了較為廣泛的應用。

2.1.3 基因芯片技術在食品微生物檢測中的應用

在食品檢測中運用基因芯片技術，可通過一次實驗就把潛藏的導致病原的病菌檢測出來，同時也可運用同一芯片對某一種導致病原的遺傳學指標進行檢測，檢測過程中不僅靈敏度較高，同時具有較強的特異性，所以基因芯片檢測技術在病原微生物的檢測中也有非常好的應用前景。近些年以來，有非常多學者通過運用基因芯片技術，分析并檢測了食品中比較多見的導致人們發病的病菌。在以往的相關研究中，通過應用基因芯片技術，檢測了與致使疾病發病機制有關的特異標記[9]。性質發生改變的PCR產物和基因相同的寡核苷酸在芯片上雜交之后，這個時候復合PCR監督控制了細菌菌株致病因子的基因，其所呈現的結果主要是由放射標記基因專一性探針以及細菌克隆的基因組DNA雜交反應之后得以確認的，通過運用該手段，將導致病菌發生的致病因子有效的檢測了出來。此外在其他研究中，為鑒別不同的細菌，還設計了一種鑒別診斷的芯片，一種主要是從高度保守基因序列出發，也就是說將不同菌種之間的差異序列作為靶的基因，另一種則是運用相同的細菌，但血清型存在差異的標志基因作為靶的基因，將其穩固與芯片表面，并且其中還包括了保守序列，其主要的作用就是明確細菌感染標志，該方法相較于傳統方式，敏感度更高，且操作起來較為方便，具有較高的重復性。除此之外，在食品的微生物研究中，基因芯片技術也是非常重要的工具之一。食品發酵時，大部分活菌都不可以進行體外培養，無法對產物中的細菌種類及數量進行準確預估，但運用基因芯片，可對發酵產物中的微生物種群進行直接的分析。

2.2 在轉基因食品檢測中的應用

2.2.1 轉基因成分檢測的基本原理及方法

一般情況下，轉基因食品的原料所指的即是包含外源基因，轉入到植物體并進行表達的農作物。如果外源轉基因載體是人工構造的，那么設計裝入基因表達需要的啟動子以及中止子序列的主要目的，就是為了便于轉基因作物的篩查工作，所作出的報告基因以及抗性基因。但是若沒有辦法對所轉入的目標基因進行明確時，經過對以上的基因序列進行有效檢測，就可鑒別是否為轉基因作物。具體的操作方法為：(1)對基因芯片的制備，按照食品具體的來源情況，優選具體的檢測方法，分別設計擴充引物，通過PCR的有效擴充將探針得到，之后對探針進行純化，并在濃縮之后點樣，最后將其在相關支持物上進行穩固。(2)提取視頻DNA，轉基因食品通過預處理之后，運用基本的CTAB法就可將DNA提取出來，再得到烘干之后，融入于適當含量的緩沖液當中。接著可運用多重PCR法，對要達到的片段應進行擴增和標記。然后進行雜交和洗滌，所標記的探針在性質發生改變之后，在芯片微點陣表面將其輕輕地鋪上，然后在合適的條件下開展雜交工作，有所反應之后進行清洗，并將其晾曬干。(3)檢測雜交結果，對于雜交結果的獲取，可運用基因芯片掃描儀開展檢測工作。

2.2.2 基因芯片技術在轉基因食品檢測中的應用

在基因工程技術不斷進步的背景之下，有愈來愈多轉基因食品出現在了大眾的視野范圍內。但可能因擔心無法把握該食品安全結果，也或者使考慮讓消費者對轉基因食品的食用有知情權，國際上對于該食品能有效通行的主要方法則是嚴格闊時說明標簽制度。所以不管從生產廠商來說，還是從監督管理部門來說，對轉基因食品進行有效的檢測尤為重要，而這就需要一種行之有效的檢測手段。當前已經被使用的PCR擴充法，一次只可以檢測一種轉基因成分，不僅時間長，并且拉低了檢測的效率，對于食品中大量轉基因成分的快速檢測極為不利。但是基因芯片技術不僅具有高通量的優勢，還可以同時實施檢測，只需要通過一個實驗，便能將不同類型的轉基因成分篩選出來，基因芯片技術當前被認為是最有效的檢測方式之一。

2.2.3 對食品原料的檢測

在農業領域中，基因芯片還能夠針對各種基因突變的食物原料作物進行篩選，例如尋找抗病、抗蟲、高產、經濟價值相對較高的作物等，對農藥進行篩選；對各種作物的基因組進行檢測；通過對比實際差異，對新基因進行尋找表達：對基因表達水平進行詳細的檢測；對后基因組的研究和食品原料作物疾病進行充分的檢疫與檢測。通過采用基因芯片自身所具備的優勢特點，能夠對各個作物的不同基因功能進行明確地了解與掌握，各種因素都會對作物造成不利影響，主要包括光質、肥力、光量、除草劑、干旱以及植物技術等，然而，在對不同作物進行有效的處理的過程中，朝著期望的發展方向進步，利于培育食品原料作物的新品種，同時能夠提高培育速度與質量，更好的降低大田實驗的經濟投入與時間投入，降低投入成本，提高經濟效益。在基因組測序工作的順利開展后，較多植物病害的病原微生物基因組被解碼，并且已經公布了其表達序列標簽（EST），通過對EST序列制成植物檢疫芯片進行有效地利用，能夠加快對植物病害的診斷速度，能夠做好預防工作，在發病前通過有效地防治避免問題發生，指導跨區引種、調種、植物檢驗；對轉基因食品原料進行檢測，建立轉基因農產品的國際貿易技術壁壘。

3 結語

總而言之，基因芯片技術因其具有快速方便、敏感性高及高通量等優勢，并且可同時進行大量的樣本檢測，當前已在食品安全檢測中得到了廣泛的應用，只有確保食品檢測的安全性，才能為大眾的生命健康安全提供保證。

引用

[1] 尹超.基因芯片技術在食品檢測中的應用[J].食品安全導刊,2021(23):191-192.

[2] 迪麗霍瑪爾·吾爾開希,劉麗英.基因芯片技術在病原性食品微生物檢測中的應用[J].現代食品,2018(19):155-157.

[3] 佘靈順.基因芯片技術及其在食品檢測中的應用[J].現代食品,2018(7):91-93.

[4] 張艷兵.基因芯片技術及其在食品檢測中的應用[J].百科論壇電子雜志,2021(18):268.

[5] 郭秋實.芻議基因芯片技術在食品致病菌檢測中的應用[J].食品安全導刊,2019(6):119.

[6] 張新翊.基因芯片技術在食品檢測中的應用[J].食品安全導刊,2019(24):156.

[7] 王穎,肖萌,程曉云,等.食品致病菌檢測中基因芯片技術的應用[J].食品安全導刊,2018(15):66-67.

[8] 朱丹丹.轉基因食品檢測技術應用的幾點思考[J].科學與財富,2021,13(23):61-62.

[9] 劉瑩.應用基因芯片技術檢測食源性腹瀉致病大腸桿菌[J].食品安全質量檢測學報,2020,11(3):915-919.