截短的 M13 噬菌体用于智能检测暗场下大肠杆菌

大肠杆菌 （E. coli） 是最常见的肠道食源性病原体之一，因此，开发有效、快速的方法来检测食品和环境样品中的各种大肠杆菌菌株至关重要。传统方法，如培养、酶联免疫吸附测定（ELISA）和聚合酶链反应（PCR），存在明显的局限性，包括需要更长的处理时间或专用仪器。

暗场显微镜因其操作方便、速度快、环境条件不严格等优点，在生物分析场中得到了广泛的应用。而M13 噬菌体作为大肠杆菌特有的噬菌体，由于其能够显示靶标特异性肽、结构稳定性和高度有序的松软衣壳结构，M13 已被选为治疗和传感应用的功能性生物材料。

该研究描述了一种开创性的大肠杆菌检测系统的开发，该系统采用工程化的 M13 噬菌体作为探针传感器。这些探针针对长度、目标表面修饰和效率进行了优化，利用与高级图像处理技术和卷积神经网络集成的暗场显微镜。这种新颖的设置超越了传统的图像识别，它利用深度学习自主分析和区分显微镜图像中细菌细胞、杂质和背景噪声的特征。因此，建立了一个快速、自动化和精确的基于可视化的平台，为细菌诊断设定了新标准，专门设计用于快速检测大肠杆菌。

图1 使用 tM13 和智能暗场成像平台快速检测大肠杆菌的示意图

结论：本文介绍了一种基于通过磁分离有效鉴定生物素化截短M13噬菌体的创新检测平台，以及一种专为快速、重复和鉴别检测大肠杆菌而设计的智能暗场成像系统。pIII N端结构域修饰的tM13噬菌体能够有效地识别和结合各种大肠杆菌菌株（ER2738、Trans1-T1、O157:H7等）。使用SA功能化的MNPs可以快速磁性分离用生物素化的pVIII结合到tM13的靶细菌。由于细菌细胞在暗场照明下具有独特的结构特征，因此从磁性颗粒中洗脱出来的分离的大肠杆菌细胞随后进行了暗场显微镜检查，以使用AI技术进行自动识别和计数。因此，基于 tM13 的 AI 策略实现了对大肠杆菌的快速（30 分钟）和高灵敏度（检测限为 10 CFU/μL）检测。考虑到噬菌体的多样性及其对受感染宿主物种的特异性，理论上，基于 tM13 的 AI 方法可以扩展到任何其他噬菌体物种，以快速灵敏地检测其宿主细菌。

参考来源：Braun P, Raab R, Bugert JJ, Braun S. Recombinant Reporter Phage rTUN1::nLuc Enables Rapid Detection and Real-Time Antibiotic Susceptibility Testing of Klebsiella pneumoniae K64 Strains. ACS Sens. 2023 Feb 24;8(2):630-639. doi: 10.1021/acssensors.2c01822. Epub 2023 Jan 31. PMID: 36719711; PMCID: PMC9972469.