新型生物传感器：快速揪出食物中的 “隐形杀手”—— 蜡样芽孢杆菌

在食品安全问题频发的今天，有一种 “隐形杀手” 常常潜伏在我们的食物中，它就是蜡样芽孢杆菌。这种细菌产生的芽孢极具抗性，传统检测方法很难将其精准揪出。不过，一项新研究带来了好消息，南京农业大学的科研团队研发出一种新型生物传感器，能快速、灵敏地检测出蜡样芽孢杆菌芽孢，相关成果发表于国际知名期刊《International Journal of Molecular Sciences》。

蜡样芽孢杆菌广泛存在，常污染肉类、奶制品和蔬菜等高蛋白食物。它产生的芽孢不仅能抵御高温、辐射等恶劣环境，还能在适宜条件下迅速 “复活”，其产生的毒素会引发胃肠道感染，危害人体健康。以往的检测方法，像传统平板培养技术、分子生物学方法和传感器技术等，要么耗时久，要么成本高，还需要专业人员操作，难以满足快速检测需求。

此次研发的花状 PCR 支架侧向流生物传感器（FSPCRS-LFB），巧妙地解决了这些难题。它的核心在于利用花状 PCR 支架作为捕获探针，替换了传统的链霉亲和素-生物素（SA - Bio）方法。如图 1所示，在这个生物传感器中，花状 PCR 支架的制备很关键：科研人员通过在引物两端引入间隔 18（Spacer 18）连接子和蜡样芽孢杆菌特异性适配体，经过 PCR 扩增，生成两端带有适配体的双链 DNA；再让其与镁离子和焦磷酸反应，最终形成花状 PCR 支架。T-PCR 支架和 C-PCR 支架分别固定在检测线（T 线）和控制线（C 线）上，T-PCR 支架能捕获蜡样芽孢杆菌细胞和芽孢以及信号探针，C-PCR 支架则确保检测的准确性。

图1 基于花状聚合酶链式反应（PCR）支架的侧向流生物传感器平台

注：(A) 通过修饰适配体序列制备花状 PCR 支架，分别获得 T-PCR 支架和 C-PCR 支架。(B) AuNPs@polyA-cDNA 的结构包含一个作为锚定模块的聚 A 片段、一个与 T-PCR 支架互补的 cDNAa 片段以及一个与 C-PCR 支架互补的 cDNAc 片段。(C) 测试条的结构。(D) 阴性测试：在没有蜡样芽孢杆菌芽孢的情况下，T 线和 C 线显示红色条带。(E) 阳性测试：在存在蜡样芽孢杆菌芽孢的情况下，只有 C 线显示红色条带。

作为信号探针的 AuNPs@polyA-cDNA 由聚腺苷酸（polyA）、cDNAc 和 cDNAa 组成。（如图 1）在没有蜡样芽孢杆菌芽孢时，AuNPs@polyA-cDNA 的 cDNAa 片段会与 T 线的适配体杂交，T 线和 C 线都显示红色条带；当有芽孢存在时，芽孢与适配体结合，抑制了 AuNPs@polyA-cDNA 与适配体的杂交，T 线信号减弱，只有 C 线显示红色条带，借此就能判断是否存在蜡样芽孢杆菌芽孢 

实验显示，该生物传感器表现十分出色。（如图 2）检测蜡样芽孢杆菌芽孢时，检测限低至 4.57 个芽孢 /mL，肉眼可见的检测限为10²个芽孢 /mL；在鸡肉和茶样本中，检测限分别为 74.5 和 52.8 个芽孢 /mL，回收率在 82.19% - 97.88% 之间。相比传统方法，它的灵敏度提高了 3.7 倍，成本比 SA - Bio 策略降低 26%，比滚环扩增（RCA）降低 87.5% 。

图2 花形 PCR 支架的侧向流生物传感器对内生孢子的检测性能

注：(A) 不同芽孢浓度（0、10、10²、10³、10⁴、10⁵个芽孢 /mL）的检测结果。在浓度为10²个芽孢 /mL 时，芽孢可通过肉眼检测到。(B) 在 10 至10⁵个芽孢 /mL 的范围内，芽孢浓度的对数与 T/C 信号强度之间的线性相关性；计算得出的检测限为 4.57 个芽孢 /mL。(C) FSPCRS-LFB 对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和沙门氏菌的特异性，显示出对蜡样芽孢杆菌芽孢的高特异性。****（p < 0.0001）。(D、E) 鸡肉（D）和茶浸液（E）中芽孢浓度的对数与 T/C 信号强度之间的线性相关性，检测限分别为 74.5 个芽孢 /mL 和 52.8 个芽孢 /mL 。(F) FSPCRS-LFB 在实际样品中检测蜡样芽孢杆菌芽孢的重现性，批内和批间变异均低于 12%。(G) 蜡样芽孢杆菌芽孢的加标回收率在 82.19% 至 97.88% 之间，变异系数低于 12%。

原文链接：https://doi.org/10.3390/ijms252011286