工程化噬菌体80α内溶素：金黄色葡萄球菌快速超灵敏检测工具箱

原创

来源：高宝

2024-10-25 17:30:14

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核心提示：从各种样品中分离和鉴定致病菌对于控制细菌感染相关的健康问题至关重要。

引言：

金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）是引发多种人类疾病的常见致病菌。传统的检测方法如平板计数和PCR虽然精准，但耗时长且需要复杂仪器，限制了其在资源有限环境中的应用。本文介绍了一种基于噬菌体80α内溶素的新型检测工具，利用内溶素的细胞壁结合域（CBD）与Cas12a系统，快速、超灵敏地检测金黄色葡萄球菌，整个检测过程可在2小时内完成。

正文：

1. 80α内溶素的工作原理

噬菌体80α内溶素由N端催化域（CHAP）、中央的酰肽酶3域（Amidase 3）和C端的细胞壁结合域（CBD）组成。内溶素能够特异性地裂解金黄色葡萄球菌的细胞壁，释放其DNA，并通过其细胞壁结合域将细菌牢固结合在磁珠上。这一过程确保了细菌的高效捕获，为后续检测提供了基础。

2. 高效基因组DNA提取

研究表明，利用80α内溶素处理后，细菌基因组DNA的提取效率提高了12.7倍，相较于传统的DNA提取方法显著提升了检测灵敏度。通过重组酶聚合酶扩增（RPA）技术，可以在恒温37°C下快速扩增S. aureus的nuc基因，无需昂贵的热循环仪器。

3. Cas12a系统的信号放大

利用RPA扩增的DNA产物激活Cas12a核酸酶，裂解标记有荧光的单链DNA探针，从而产生荧光信号。这一信号可以通过肉眼或便携式荧光检测仪读取，实现了无需复杂实验设备的现场快速检测（图1）。实验结果显示，该方法可检测最低浓度为10² CFU/mL的S. aureus。

图1. 80α内溶素氨基酶3-CBD结构域对金黄色葡萄球菌的捕获。(A)检测过程示意图。(B)亮场显微镜(左)和荧光显微镜(右)观察到涂有EGFP-Amidase 3-CBD蛋白的Ni-NTA磁珠。(C)包裹EGFP-Amidase 3-CBD蛋白的Ni-NTA磁珠对不同数量金黄色葡萄球菌的捕获效率。(D)RPA等温扩增产物。(E) 1%琼脂糖凝胶电泳对金黄色葡萄球菌污染样品进行捕获、gDNA提取和RPA扩增。

4. 实际应用前景

该工具箱在牛奶、血液和唾液等复杂样本中成功捕获和检测S. aureus，并且检测过程不受样本基质干扰。这一快速、高效且低成本的检测方法特别适用于资源有限地区的食品安全检测和公共卫生监测。

总结：

本文提出的基于噬菌体80α内溶素和Cas12a系统的检测平台，为金黄色葡萄球菌的快速、超灵敏检测提供了新方案，具有广泛的实际应用潜力。其简单、高效的特性使其在食品安全和公共卫生领域尤为适用。

参考文献：

Yang, Yixi, et al. "Engineering the Bacteriophage 80 alpha Endolysin as a Fast and Ultrasensitive Detection Toolbox against Staphylococcus aureus." Biosensors and Bioelectronics (2024): 116727.