通过噬菌体来源的细菌结合蛋白纳米磁珠与智能手机辅助纸张传感器耦合对食源性病原体进行特异性分离和灵敏检测

食源性疾病在世界范围内造成了巨大的公共卫生和经济负担，这些负担是由食用被病原微生物或毒素污染的食品引起的。世界卫生组织报告称，全球约有 6 亿例食源性疾病病例，每年有 42 万人死亡。食源性疾病的症状通常取决于病原体的类型和受感染的宿主，轻则呕吐腹泻等，重则危及生命。因此，监测食源性病原体是公共卫生安全的重要组成部分。

噬菌体衍生的细菌结合蛋白 （PBP），包括尾纤维蛋白 （TFP）、内溶素的细胞壁结合域 （CBD） 和尾刺蛋白 （TSP），负责噬菌体在裂解周期的各个阶段附着在细菌受体上。其中，PBPs 的高稳定性和特异性与简单的工程设计使它们可以替代传统的识别元件，如抗体和适配体，可以节省大量的人力和时间。因此，特定 PBPs 磁分离和智能手机辅助纸张传感器的集成有可能满足构建现场设备的标准，并且表现出高水平的灵敏度和特异性。

在本研究中，作者将PBPs 与羧基磁珠 （PBPs-MBs） 耦合结合智能手机辅助比色纸质传感器分别检测大肠杆菌 O157：H7、金黄色葡萄球菌 （SA） 和鼠伤寒沙门氏菌 （ST）。涂在磁珠表面的 PBP 用于捕获和分离细菌，然后在纸基传感器上进行测试，该传感器含有一种裂解剂，可以裂解细菌并释放特定的内源性酶来水解显色底物，从而导致纸上的颜色变化。此外，应用智能手机 APP 对纸张进行 RGB 颜色分析，直接检测 3 种食源性病原菌，然后应用该方法检测真实样品中的食源性病原体。

图1 PBPs-MBs 结合智能手机辅助纸张传感器分离和比色检测食源性病原体示意图。

其中，A图为三种 PBP 通过酰胺键包被在 MB 表面。B图为PBP-MB 用于分离细菌。纸基传感器包含一种裂解剂，用于裂解细菌以释放内源性酶和被改变纸张颜色的酶水解的显色底物。最后，应用智能手机 APP 对纸张进行 RGB 颜色分析，直接检测 3 种食源性病原体。C图为纸基传感器的比色机制（CPR，氯酚红;4-NP，对硝基苯基;品红色，5-溴-6-氯-3-吲哚基），使用 BioRender.com 创建。

结论：

在本文的研究中，比色纸基传感器与 PBPs-MBs 耦合已经成功建立，用于分离和检测食品样品中的食源性病原体，包括 O157：H7、SA 和 ST，无需预富集。此外，用于纸基传感器 RGB 颜色分析的智能手机应用程序能够直接检测三种食源性病原体，这为病原体检测提供了一种更加用户友好的设备，无需昂贵的设备和熟练的技术人员。本研究首先对 PBPs 进行了全面的研究，包括 TFP 、 CBD 和 TSP 作为识别元件，可在 20 分钟内快速分离和富集食源性病原体。3种食源性病原体的LOD分别为2.44 × ¹⁰² 、 2.68 × ¹⁰⁴和4.62 × ^{103 CFU/mL}，远低于以往基于目标细菌分泌酶的研究（¹⁰⁶ –^{108 CFU/mL}）。此外，多种病原体也证实了检测特异性。这种基于纸基传感器的便携式设备将为资源匮乏地区实时检测食源性病原体提供广阔的应用潜力。

参考来源：Hong B, Wang W, Li Y, Ma Y, Wang J. Specific separation and sensitive detection of foodborne pathogens by phage-derived bacterial-binding protein-nano magnetic beads coupled with smartphone-assisted paper sensor. Biosens Bioelectron. 2024 Mar 1;247:115911. doi: 10.1016/j.bios.2023.115911. Epub 2023 Dec 8. PMID: 38118305.