核酸適體在水產食品安全檢測中的應用

文章編號：1674-2419（2024）02-0201-04

作者簡介：連恩曉（1994.3- ），女，山東煙臺人，漢，碩士研究生學歷。張家港市塘橋鎮綜合服務中心助理農藝師。主要從事農業技術推廣工作。E-mail：lianenxiao@sina.com。

摘" 要：食品安全問題是關系到公眾健康的重大問題，例如食源性致病微生物污染、毒素產生、抗生素濫用、食品添加劑過度使用、重金屬離子污染、農獸藥殘留和有害物質非法添加等。因此，快速、靈敏、可靠的食品有害物質檢測對于食品安全的防控具有極其重大的意義。核酸適體是一種可與靶標高親和力、高特異性結合的單鏈核酸，能有效識別食品有害物質，在食品安全檢測新技術的開發和應用中發揮著重要作用。文章詳細介紹核酸適體以及核酸適體傳感器監測機制，并闡述核酸適體在抗生素、農藥以及其他物質的檢測功能，展望核酸適體傳感器的發展，希望為水產食品安全分析和核酸適體研究發展提供一定的參考價值。

關鍵詞：核酸適體；水產食品安全；傳感器

中圖分類號：TS254；S986文獻標志碼：A

海鮮被認為是動物蛋白的重要來源，約占全球動物蛋白攝入量的約17%，占所有蛋白質的6.7%。很大一部分人群依靠漁業來滿足其生計和營養需求。然而，隨著人類活動的不斷增加，水生生態系統中農藥、抗生素和重金屬等污染物的水平正以驚人的速度上升。通過持續地生物濃縮和生物放大過程，這些污染物在魚類體內濃度已經變得極高。而這些受污染的海產品將最終被人類食用，嚴重威脅人類生命健康。此外，海產品的致病性污染、隨后產生的微生物毒素以及為延長產品保質期而使用的防腐劑，也進一步對人類健康構成風險。因此，為了最大限度地減少健康風險和確保食品安全，對污染物的有效檢測和監測更加重要。文章通過對核酸適體的研究，探討其在水產食品安全分析中的應用，也希望能為核酸適體的研究與發展提供新的思路。

1" 核酸適體概述

核酸適體，通常是由25～80個核苷酸組成的單鏈DNA或者RNA片段，是具有選擇性結合特定靶標的功能性核酸，也是生物傳感中主要生物識別元件之一。自從1990年，Ellington和Tuerk通過指數富集配體系統化體外篩選技術（Systematic Evolution of Ligands by Exponential Enrichment，SELEX）得到核酸適體后，越來越多的功能性核酸被發現。與抗體相比，核酸適體通過不同堿基序列而產生不同的二級結構和構型，從而更穩定地與靶標分子產生特異性結合。其優點是特異性更高，親和力更強，靶標分子范圍廣，易于合成，檢測成本更低。核酸適體能選擇性地與特定目標，比如與蛋白質、病毒、抗生素等目標物高選擇性、高特異性結合，是檢測靶標、分子識別的有效手段。目前核酸適體篩選方式多種多樣，例如CE-SELEX，磁珠-SELEX等，在分析化學、生物醫學以及生物技術等多個領域應用。其中，本身不具備熒光特性的核酸適體與熒光標記物構建的傳感器，能快速、靈敏、高效地檢測出與核酸適體結合的靶標物質的濃度，從而更廣泛應用于食品安全分析中。

2" 核酸適體傳感器監測機制

目前，使用的核酸適體傳感器主要分為光學與電化學兩種類型。從光學傳感器的角度來看，所用的檢測方法包括內濾效應（IFE）、表面能量轉移（SET）、光致電子轉移（PET）以及熒光共振能像轉移（FRET）等。其中，內濾效應則指當受體或者是供體的熒光體濃度過大時，在與其他吸光物質共存的條件下，兩者相互激發或者光譜重疊，從而出現熒光減弱的情況；表面能量轉移則是指供體與金屬納米受體所發生的非輻射能量轉移；光致電子轉移則是在光誘導的基礎下，讓供受體之間的電子發生轉移從而出現熒光猝滅或者是恢復的情況；光共振能像轉移指供體與受體近距離聚集時，供體的熒光能量則向受體轉移，受體則出現熒光猝滅的情況。從電化學傳感器的角度來看，主要是固定電極表面的適體，根據其與目標分析物之間的結合強度來判斷實際的電流、電壓、電位信號等參數的傳感平臺，常用的檢測方法包括阻抗法、伏安法、電化學發光法等。其中，伏安法主要是測定電流，阻抗法主要是測定阻抗信號，電化學發光方法主要是測定電化學方式產生發光強度。通常以量子點標記的適體與相應的互補鏈組成雙鏈DNA，由于接入目標物對核酸適體具有一定的親和性，從而出現雙鏈DNA解旋，根據前后出現的熒光變化或者是電化學信號的變化，來計算目標物對應的濃度。

3" 核酸適體傳感器在水產食品安全分析中的應用

3.1" 檢測抗生素

核酸適體傳感器在抗生素檢測中應用廣泛。若水產動物長期服用抗生素，會導致水產食品中殘留低劑量的抗生素，時刻危害人類健康。以往在抗生素檢測中使用的色譜檢測法，存在多步驟的提取程序、緩慢的反應時間、儀器采購成本高和操作要求高的關鍵限制。此外，龐大的基礎設施和對分析技術專業知識的高要求給現場測試帶來了挑戰，阻礙了傳統分析技術的大規模推廣，很難滿足新時期快速檢測水產食品安全性的檢測需求。運用核酸適配體傳感器，對抗生素快速準確的分析則顯得非常關鍵。在實際生活中，卡那霉素食用過量會出現腎毒性、呼吸衰竭等嚴重情況，高會蓮等人以LA3+摻雜的硫化鎘的量子點核酸適體傳感器檢測食品中的卡那霉素，將其吸附于玻碳電極的表面，親和卡那霉素的核酸適體與玻碳電極的互補鏈構成雙鏈DNA，從而構建基于電化學發光方法的卡那霉素適配體傳感器，并引入氧化血紅素，放大電化學信號，使得傳感器檢測靈敏度上升。與單一的硫化鎘量子點核酸適體傳感器相比較而言，加入LA3+之后的傳感器檢測穩定性更好，選擇性更優。

3.2" 農藥殘留檢測

不合理的使用農藥，如樂果、二嗪農、馬拉硫磷等藥物，對水體及生態環境造成污染的同時，也會影響水產食品質量。目前，農藥檢測技術眾多，其中通過核酸適體傳感器來檢測水產食品中農藥殘留，在實現特異性檢測的同時，檢測效率也更高。MAJID等人通過合成適配體來檢測二嗪農殘留量，在水產食品安全檢測中得到很好的應用。當適配體上附著氧化石墨烯時，FRET檢測機制下出現明顯的熒光猝滅現象；當在偶聯物中加入二嗪農時，此時氧化石墨烯與適配體相互分離，顯示熒光恢復。根據檢測結果來看，檢測限度為0.13 nmol/L，線性范圍為1.05 nmol/L～206 nmol/L。Bai等人將有機磷農藥的適配體吸附于金納米粒子表面，避免金納米粒子在高濃度的鹽溶液中大量聚集，確保溶液穩定。之后，加入目標物，適配體從目標物AuNPs上脫落，使得AuNPs大量聚集，此時溶液的顏色變化趨勢為紅色－紫色－藍色。此檢測方式下，可同時檢測甲胺磷、毒死蜱、伏殺硫磷等有機磷農藥，檢測反應時間25 min，回收率最高可達135%，也為農藥殘留多重檢測提供了簡單快速的方法。

3.3" 其他物質檢測

內源性E2在地表水中被檢出，是一種典型的環境內分泌干擾物，對食品安全也造成一定的影響。韋慶益等人基于AuNPs搭建熒光適配體傳感器來檢測E2。E2核酸適體通過煙酰胺反應連接到量子化適配體傳感器上，AuNPs的加入使得其與核酸適體相互靠近，從而出現FRET熒光猝滅。E2加入后，核酸適配體與E2之間具有較強的親和力，導致核酸適體從AuNPs表面脫離，熒光恢復。且熒光恢復的強度與E2濃度成正比，來實現定量檢測E2。該傳感器的建立能針對水環境中的E2實現定量檢測，且檢測結果與高效液相色譜法的測定結果一致，也說明核酸適體傳感器在水環境中檢測同樣具有良好的適應性。另外，水生生物體內的重金屬在長期積累轉化中，也會對人體健康造成極大的影響。WANG等人使用核酸適體生物傳感器針對某水產養殖水源中的Hg2+進行檢測。在實際檢測水源中Hg2+的含量結果表明，該傳感器的回收率為87.21%～114.1%，相對標準偏差為1.1%～3.8%。該方法同時利用Sx2-結合Hg2+的能力及適配體對Hg2+的富集效果的方法，此種識別策略的協同作用顯著提高Hg2+檢測的靈敏度。

4" 總結

綜上，基于適配體的生物傳感器已經成為一種用于檢測各種分析物的穩定可靠的分析工具。這些核酸適體不僅能識別小分子到大蛋白甚至整個細胞，還具有高度的特異性。因此，這些核酸適體，可有助于開發新的診斷和生物傳感工具，檢測多種污染物，包括重金屬、抗生素、農藥、病原體和生物毒素等。核酸適配體的生物傳感器技術逐漸成熟，提高了目標物檢測的穩定性和靈敏度的同時，使水產食品檢測更加高效、便捷，也為其商業化推廣奠定了基礎。

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Application of nucleic acid aptamers in aquatic food safety testing

LIAN Enxiao

（Zhangjiagang City Tangqiao Town Comprehensive Service Center， Zhangjiagang 215632， Jiangsu China）

Abstract：Food safety is a major issue related to public health， such as food-borne pathogenic microbial contamination， toxin production， antibiotic abuse， overuse of food additives， heavy metal ion contamination， pesticide and veterinary drug residues， and illegal addition of harmful substances. Therefore， rapid， sensitive and reliable detection of harmful substances in food is of great significance for the prevention and control of food safety. Nucleic acid aptamers， a kind of single-stranded nucleic acid that can bind to the target with high affinity and high specificity， can effectively recognize harmful substances in food， and play an important role in the development and application of new food safety detection technologies. The article describes in detail the monitoring mechanism of aptamers and aptamer sensors， and describes the function of aptamers in the detection of antibiotics， pesticide residues and other substances， and looks forward to the development of aptamer sensors in the hope of providing a certain reference value for the analysis of aquatic food safety and the development of aptamer research.

Keywords：aptamer; aquatic food safety; sensors