守护舌尖安全：d-MAGIC平台让食源性病原菌无处遁形

食源性疾病是全球公共卫生的重大挑战之一，视频中病原体的传播可能导致肠道炎症、腹泻、呕吐、慢性肾病甚至死亡等严重健康问题。食源性病原菌的快速、准确检测对于保障食品安全至关重要。传统微生物培养法虽然可靠，但耗时长；免疫测定法快速但不够敏感，且需要昂贵的抗体；依赖于DNA扩增技术的聚合酶链反应（PCR）和实时定量PCR（qPCR）被认为是金标准，但由于环境气溶胶污染的风险，易受污染。近年来，随着生物技术的不断发展，科学家们一直在探索更高效、更灵敏的检测方法。数字生物传感器因其单分子灵敏度而在核酸检测中受到青睐，但其同时检测多个目标的能力有限。

近日，华中农业大学食品科学技术学院食品安全快速检测陈翊平教授及其团队在Nature Food（IF：23.6）发表题为“Multiplexed food-borne pathogen detection using an argonaute-mediated digital sensor based on a magnetic-bead-assisted imaging transcoding system”的研究性文章，开发了嗜常温CbAgo辅助的数字化核酸检测平台（d-MAGIC），实现了对三种食源性致病菌的数字化多重核酸检测。

图1 文献基本信息

在该研究中，作者通过使用磁珠来构建磁珠-酪胺-链霉亲和素复合物（MBs-TA-SA）作为数字化荧光编码载体，当靶标DNA存在时，激活CbAgo的两步切割反应，恢复被淬灭的荧光探针信号。MBs-TA-SA复合物能够结合被生物素修饰的荧光基团从而使自身携带上荧光作为信号的读取载体。通过对所捕获图像中磁珠的不同荧光编码状态，即可实现对靶标细菌的数字化检测。

图2 可编程磁珠辅助成像转码系统结合Ago蛋白介导数字核酸生物传感示意图

此外，为了提高检测的准确性和稳定性，作者还开发了名为“Panda”的AI算法平台，能够准确分类、评分和计数磁珠，从而实现对检测信号的高效解码和定量分析。实验结果表明，d-MAGIC平台在无需DNA扩增的情况下，对10 CFU/mL的食源性致病菌DNA表现出高灵敏度。此外，该平台还具有出色的抗干扰性，能够在复杂的食品样本中检测出目标病原菌。

d-MAGIC平台的出现为食源性病原菌的检测提供了一种全新的解决方案。它不仅实现了多重、超灵敏的检测，还避免了传统DNA扩增技术的诸多弊端。D-MAGIC平台通过整合可编程CbAgo和磁珠与AI辅助解码，实现了数字、无扩增和超灵敏的同时检测三种食品源病原体的方法开发。与此同时，该平台还使用了微米级磁珠作为数字化和编码载体，简化了传统的液滴数字化方法，提供了对干扰的抵抗力。此外，d-MAGIC平台展示了开发基于AI的图像识别在优化检测系统中的关键作用。通过创建曲线识别算法，实现了有效解码和定量信号分析。

d-MAGIC平台的成功研发不仅为食品安全检测领域带来了重大突破，也为其他领域的病原体检测提供了新的思路。其免扩增、数字化的特点使其具有广泛的应用前景，有望与便携式设备结合开发出即时检测设备。此外，该平台的高灵敏度和抗干扰性也使其在临床核酸检测中具有潜在的应用价值。该技术有望成为下一代准确和方便的病原体检测策略。未来的研究可以集中在提高检测速度、降低成本以及开发便携式设备，以便在现场进行快速检测。此外，利用生物技术改进argonaute酶切割效率的研究也值得进一步探索。未来，随着技术的不断完善和推广，d-MAGIC平台有望为保障公众健康做出更大的贡献。

参考文献：

Zhipan Wang, Xinrui Cheng, Aimin Ma, et al. Multiplexed food-borne pathogen detection using an argonaute-mediated digital sensor based on a magnetic-bead-assisted imaging transcoding system. Nature Food.2025-01-02;doi:10.1038/s43016-024-01082-y.