如何灵敏特异的检测大肠杆菌 O157 ？ 噬菌体来帮忙！

什么是大肠杆菌O157？

大肠杆菌 O157 是一种食源性致病菌，主要通过食物和水传播病原体，它是最公认和最常相关的产志贺毒素大肠杆菌 （STEC） 血清型之一，估计每年在美国造成 63,000 例 STEC O157 感染，导致约2000 例住院和 20 例死亡。该菌株产生的志贺毒素可导致危及生命的并发症，包括出血性结肠炎和溶血性尿毒症综合征，尤其婴儿和儿童更容易发展为溶血性尿毒症综合征。

传统的用于检测大肠杆菌O157的方法有哪些呢？

例如选择性琼脂铺板和生化检测，该类方法可以有效区分或细菌和死细菌，但是缺点是需要的检测时间较长，甚至可能要达到9天及以上。其他方法如分子和免疫学方法，缩短了检测时间，但是它们需要专门的设备和专业知识，比基于培养的方法更昂贵，并且无法区分活细菌和死细菌。

利用噬菌体检测大肠杆菌O157的优点？

噬菌体具有高度特异性和仅感染活细菌的能力，此外噬菌体通过掺入报告基因可以提高基于噬菌体的检测方法的检测灵敏度。本文介绍的离体噬菌体工程技术涉及组装和重启合成噬菌体基因组，从而实现完全合成和灵活的噬菌体设计，基于合成噬菌体的检测方法可以扩同时监测和检测各种病原菌，从而大大提高了检测效率。

本文作者以大肠杆菌O157为例，合成具有 68 kb 基因组的大肠杆菌 O157 特异性噬菌体。通过检测标签插入位点的比较，展示了基于合成标记噬菌体的快速超灵敏大肠杆菌 O157 检测系统。

图1 具有 68 kb 基因组的大肠杆菌 O157 噬菌体的体外合成

如上图展示了从噬菌体基因组中扩增具有重叠区域的 DNA 片段并在体外组装。将组装好的产品电穿孔到大肠杆菌 HST08 中。噬菌体最终在细菌内重新启动，并通过感染铺板前添加到样品中的大肠杆菌 O157 进行繁殖。

本文提到的检测方法在 1 CFU/ml孵育 5 小时后，大肠杆菌 O157 ATCC 43888 与 O157_vBHiBiT （gp27） 共孵育 2 小时可以成功完成检测。本研究开发的基于 HiBiT 标记的噬菌体检测方法在检测时间方面优于基于培养的方法。与基于 PCR 的检测不同，它可以轻松直接地进行检测，并区分活细胞和死细胞。此外，与噬菌体颗粒吸附或基于荧光标记的噬菌体检测方法相比，它的准确性更高，并且比基于报告基因噬菌体的检测更容易执行。这些快速准确的大肠杆菌 O157 检测方法可以扩展到其他病原菌，从而有可能同时监测和检测各种食源性病原体和病原菌。最后，本文描述的噬菌体合成方法可用于耐药细菌和难治性感染的合成噬菌体疗法。其合成时间短，也可用于检测新出现的细菌感染。

参考来源：Tamura A, Azam AH, Nakamura T, Lee K, Iyoda S, Kondo K, Ojima S, Chihara K, Yamashita W, Cui L, Akeda Y, Watashi K, Takahashi Y, Yotsuyanagi H, Kiga K. Synthetic phage-based approach for sensitive and specific detection of Escherichia coli O157. Commun Biol. 2024 May 6;7(1):535. doi: 10.1038/s42003-024-06247-w. PMID: 38710842; PMCID: PMC11074155.