食源性疾病是全球公共衛(wèi)生的重大挑戰(zhàn)之一，視頻中病原體的傳播可能導(dǎo)致腸道炎癥、腹瀉、嘔吐、慢性腎病甚至死亡等嚴(yán)重健康問題。食源性病原菌的快速、準(zhǔn)確檢測(cè)對(duì)于保障食品安全至關(guān)重要。傳統(tǒng)微生物培養(yǎng)法雖然可靠，但耗時(shí)長(zhǎng)；免疫測(cè)定法快速但不夠敏感，且需要昂貴的抗體；依賴于DNA擴(kuò)增技術(shù)的聚合酶鏈反應(yīng)（PCR）和實(shí)時(shí)定量PCR（qPCR）被認(rèn)為是金標(biāo)準(zhǔn)，但由于環(huán)境氣溶膠污染的風(fēng)險(xiǎn)，易受污染。近年來(lái)，隨著生物技術(shù)的不斷發(fā)展，科學(xué)家們一直在探索更高效、更靈敏的檢測(cè)方法。數(shù)字生物傳感器因其單分子靈敏度而在核酸檢測(cè)中受到青睞，但其同時(shí)檢測(cè)多個(gè)目標(biāo)的能力有限。
近日，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院食品安全快速檢測(cè)陳翊平教授及其團(tuán)隊(duì)在Nature Food（IF：23.6）發(fā)表題為“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，開發(fā)了嗜常溫CbAgo輔助的數(shù)字化核酸檢測(cè)平臺(tái)（d-MAGIC），實(shí)現(xiàn)了對(duì)三種食源性致病菌的數(shù)字化多重核酸檢測(cè)。
圖1 文獻(xiàn)基本信息
在該研究中，作者通過使用磁珠來(lái)構(gòu)建磁珠-酪胺-鏈霉親和素復(fù)合物（MBs-TA-SA）作為數(shù)字化熒光編碼載體，當(dāng)靶標(biāo)DNA存在時(shí)，激活CbAgo的兩步切割反應(yīng)，恢復(fù)被淬滅的熒光探針信號(hào)。MBs-TA-SA復(fù)合物能夠結(jié)合被生物素修飾的熒光基團(tuán)從而使自身攜帶上熒光作為信號(hào)的讀取載體。通過對(duì)所捕獲圖像中磁珠的不同熒光編碼狀態(tài)，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)靶標(biāo)細(xì)菌的數(shù)字化檢測(cè)。
圖2 可編程磁珠輔助成像轉(zhuǎn)碼系統(tǒng)結(jié)合Ago蛋白介導(dǎo)數(shù)字核酸生物傳感示意圖
此外，為了提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，作者還開發(fā)了名為“Panda”的AI算法平臺(tái)，能夠準(zhǔn)確分類、評(píng)分和計(jì)數(shù)磁珠，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測(cè)信號(hào)的高效解碼和定量分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，d-MAGIC平臺(tái)在無(wú)需DNA擴(kuò)增的情況下，對(duì)10 CFU/mL的食源性致病菌DNA表現(xiàn)出高靈敏度。此外，該平臺(tái)還具有出色的抗干擾性，能夠在復(fù)雜的食品樣本中檢測(cè)出目標(biāo)病原菌。
d-MAGIC平臺(tái)的出現(xiàn)為食源性病原菌的檢測(cè)提供了一種全新的解決方案。它不僅實(shí)現(xiàn)了多重、超靈敏的檢測(cè)，還避免了傳統(tǒng)DNA擴(kuò)增技術(shù)的諸多弊端。D-MAGIC平臺(tái)通過整合可編程CbAgo和磁珠與AI輔助解碼，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字、無(wú)擴(kuò)增和超靈敏的同時(shí)檢測(cè)三種食品源病原體的方法開發(fā)。與此同時(shí)，該平臺(tái)還使用了微米級(jí)磁珠作為數(shù)字化和編碼載體，簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)的液滴數(shù)字化方法，提供了對(duì)干擾的抵抗力。此外，d-MAGIC平臺(tái)展示了開發(fā)基于AI的圖像識(shí)別在優(yōu)化檢測(cè)系統(tǒng)中的關(guān)鍵作用。通過創(chuàng)建曲線識(shí)別算法，實(shí)現(xiàn)了有效解碼和定量信號(hào)分析。
d-MAGIC平臺(tái)的成功研發(fā)不僅為食品安全檢測(cè)領(lǐng)域帶來(lái)了重大突破，也為其他領(lǐng)域的病原體檢測(cè)提供了新的思路。其免擴(kuò)增、數(shù)字化的特點(diǎn)使其具有廣泛的應(yīng)用前景，有望與便攜式設(shè)備結(jié)合開發(fā)出即時(shí)檢測(cè)設(shè)備。此外，該平臺(tái)的高靈敏度和抗干擾性也使其在臨床核酸檢測(cè)中具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。該技術(shù)有望成為下一代準(zhǔn)確和方便的病原體檢測(cè)策略。未來(lái)的研究可以集中在提高檢測(cè)速度、降低成本以及開發(fā)便攜式設(shè)備，以便在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行快速檢測(cè)。此外，利用生物技術(shù)改進(jìn)argonaute酶切割效率的研究也值得進(jìn)一步探索。未來(lái)，隨著技術(shù)的不斷完善和推廣，d-MAGIC平臺(tái)有望為保障公眾健康做出更大的貢獻(xiàn)。
參考文獻(xiàn)：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.
來(lái)源：微生物安全與健康網(wǎng)，作者~陳富。
