HPB-Chip：快速检测水中致病细菌的新工具

摘要：水传播病原体对全球公共卫生构成威胁，但在各种污染环境中快速、高通量且准确定量多种人类致病细菌（HPBs）仍是一个挑战。本研究开发了一种新型芯片——HPB-Chip，基于高通量定量聚合酶链反应（HT-qPCR）。HPB-Chip能够在33纳升反应体积中同时完成10,752个扩增反应，量化多达192个样本中的27种HPBs。研究验证了HPB-Chip的高特异性、灵敏度和准确性，并成功应用于市政和医院废水处理厂（WWTPs）中的HPBs绝对定量。

背景：每年有超过340万人因水质和卫生条件差而死亡，这凸显了水污染对公共健康的严重威胁。尽管传统的粪便指示菌（FIB）被广泛用于指示微生物污染，但研究表明，FIB与病原体的存在相关性较差，无法全面代表多种致病细菌。因此，现有的水质监测方法存在局限性，难以准确评估水中的病原风险。在这种背景下，开发一种快速、准确且通用的检测工具，以有效监控水中的致病细菌，成为了一个迫切的需求。这样的工具将有助于更好地控制水质，及时发现和应对潜在的健康风险，从而保护公众健康。

主要结果：

水传播病原体对全球公共卫生构成重大威胁，需要有效的检测手段来监控和控制。

传统方法局限：传统的粪便指示菌（FIB）方法无法准确反映水中的病原细菌种类和数量，存在局限性。

HPB-Chip的开发：为了克服这些局限，研究人员开发了HPB-Chip，它能同时检测多达27种HPBs，提高了检测的效率和准确性。

技术优势：HPB-Chip具有高特异性、灵敏度和准确性，能够在33纳升的反应体积中完成大量样本的检测。

实验验证：通过与传统qPCR方法的对比，HPB-Chip显示出了高度的一致性和相关性，验证了其可靠性。

实际应用：HPB-Chip成功应用于市政和医院废水处理厂样本的检测，揭示了一些难以通过常规处理去除的“持久性HPBs”。

健康风险评估：该工具为废水流行病学研究和健康风险评估提供了强有力的技术支持，有助于更好地理解和管理水传播病原体的风险。

成本效益：与传统qPCR和下一代测序（NGS）相比，HPB-Chip在大规模样本检测中更具成本效益。

文献综述：首先，研究人员通过文献综述来确定需要检测的病原细菌种类。这一步骤帮助他们了解哪些病原细菌在环境中常见且具有重要的公共卫生意义。

特定基因收集：在确定了目标病原细菌后，研究人员收集这些细菌的特定基因信息。这些基因通常是单拷贝基因，能够作为检测的标记物，确保检测结果的特异性。

引物和探针设计：基于收集到的基因信息，研究人员设计用于qPCR检测的引物和探针。引物和探针的设计需要考虑其特异性和扩增效率，以确保检测的准确性和可靠性。

实验验证：设计好的引物和探针需要通过实验进行验证。这包括检测其特异性、灵敏度和准确性，确保HPB-Chip能够在实际应用中准确检测目标病原细菌。

结论：

HPB-Chip是一种新型的检测工具，能够在极小的反应体积中同时检测大量样本中的多种病原细菌。它通过精心设计的引物和探针，能够特异性地识别27种病原细菌。实验结果表明，HPB-Chip具有高特异性和灵敏度，能够准确检测到极低浓度的病原细菌，并且与传统的检测方法结果一致。它已被成功应用于市政和医院废水处理厂的样本检测，揭示了一些难以通过常规处理去除的病原细菌。HPB-Chip的高效和准确性使其成为评估废水流行病学和健康风险的重要工具，帮助我们更好地了解和应对水中的病原细菌对公共卫生的潜在威胁。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.watres.2024.121927