大肠杆菌O157:H7超灵敏检测：核酸等温扩增赋能电化学生物传感器

传统检测技术的瓶颈与新型技术的诞生

食源性疾病已成为全球公共卫生的重大挑战，其中大肠杆菌O157:H7作为最常见的食源性致病菌之一，每年在美国就导致约2万例感染和200-500人死亡，在印度等地区，受该菌污染的水源更是疾病传播的主要元凶。传统的检测方法，如细菌培养和聚合酶链反应（PCR），虽然在病原菌检测中发挥了一定作用，但因其操作复杂、成本高昂，难以满足快速、现场检测的需求。因此，开发一种简单、快速、灵敏且适合现场应用的检测技术，已成为食品安全领域的迫切需求。

在此背景下，电化学生物传感器凭借其快速分析、成本低廉、仪器简单及易于小型化等优势，在病原体检测领域崭露头角。而适配体作为生物识别元件，具有特异性高、稳定性好、合成成本低等特点，成为构建新型传感器的理想选择。研究团队创新性地将适配体与新型PLA技术相结合，开发出的电化学生物传感器无需复杂的核酸提取过程，即可实现对完整大肠杆菌O157:H7细胞的超灵敏检测。

研究突破：新型核酸等温扩增技术

2025年，一项发表在《Microchemical Journal》上的研究引起了广泛关注。该研究由长春科技大学生命科学与技术学院的徐传娜团队完成，他们开发了一种基于新型核酸等温扩增技术（Primer Linear Amplification, PLA）的电化学生物传感器，用于检测大肠杆菌O157:H7。这一创新技术的核心在于，通过等温扩增技术，能够在无需复杂核酸提取步骤的情况下，实现对病原菌的超灵敏检测。

在实验中，研究人员利用电极上的捕获探针（CP）和适配体（AP）双链结构，实现了对目标细菌的特异性结合。当目标细菌存在时，其与AP的特异性结合会导致AP从电极上脱落，从而重新暴露CP。随后，PLA扩增的长单链DNA通过碱基互补结合到CP上，生成电信号。这一过程不仅提高了检测的灵敏度，还大大简化了操作步骤，降低了检测成本。

图1 基于PLA和电化学的大肠杆菌O157:H7检测系统示意图。缩写如下：CP为捕获探针；AP为适配体；MCH为6-巯基-1-己醇；MB为亚甲基蓝。

 检测性能：灵敏度与特异性的飞跃

该电化学生物传感器的检测性能令人瞩目。实验结果表明，该传感器能够检测浓度范围从10到10⁸ CFU/mL的大肠杆菌O157:H7，检测限低至6 CFU/mL。这一检测限远低于传统方法，显示出极高的灵敏度。

图2 （A）所开发的电化学生物传感器对浓度范围从10到约10⁸ CFU/mL的不同浓度大肠杆菌O157:H7的差分脉冲伏安（DPV）响应；（B）不同浓度大肠杆菌O157:H7的线性分析结果。大肠杆菌O157:H7的浓度进行了三次重复测量，显示的是平均值。

表1 不同方法检测大肠杆菌O157:H7的性能比较

此外，该传感器还表现出卓越的特异性。在与其他七种常见食源性病原菌的交叉实验中，传感器仅对大肠杆菌O157:H7产生显著的电流响应，而对其他病原菌则无明显反应。这一特性使得该传感器在复杂样品中也能准确检测目标病原菌，避免了误报和漏报的可能性。

图3 （A）所开发的电化学生物传感器的特异性（细菌细胞浓度：1.0×10⁸ CFU/mL）；（B）在存在干扰细菌（均为1.0×10⁸ CFU/mL）情况下的特异性研究。

 实际应用：复杂样品中的检测能力

为了验证该传感器在实际应用中的有效性，研究人员进一步在牛奶和自来水中进行了检测实验。实验结果显示，传感器在这些复杂样品中表现出高恢复率和低相对标准偏差（RSD）。在牛奶样品中，大肠杆菌O157:H7的回收率在86.9%到104.0%之间，RSD在1.39%到4.69%之间；在自来水样品中，回收率在83.9%到118.0%之间，RSD在1.66%到7.60%之间。这些结果表明，该传感器不仅在实验室条件下表现出色，在实际食品样品中也能稳定、准确地检测目标病原菌，具有广阔的应用前景。

表2 牛奶和自来水中大肠杆菌O157:H7的测定结果（n=3）

与传统的定量实时 PCR（qRT-PCR）方法相比，这种新型生物传感器无需复杂的核酸提取步骤，大大缩短了检测时间，且操作更为简便。这对于快速检测食品中的病原菌，尤其是在资源有限的偏远地区，具有重要的现实意义

表3 加标牛奶样品中大肠杆菌O157:H7的实时定量PCR（qRT-PCR）检测结果（n=3）

未来展望：食品安全检测的新篇章

这项研究的成功不仅为大肠杆菌O157:H7的检测提供了一种新的、高效的方法，更为其他食源性病原菌的检测开辟了新的思路。随着技术的不断改进和优化，这种基于核酸等温扩增技术的电化学生物传感器有望在食品安全领域得到更广泛的应用。

参考文献：

Xu C, Bu S, Jian B, et al. An electrochemical biosensor based on a novel nucleic acid isothermal amplification method for detecting pathogenic bacteria[J]. Microchemical Journal, 2025, 212: 113396.