食品檢測論文：芯片技術及食品檢測透析

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本文作者：張娟譚嘉力梁宇斌李曉明吳煒亮工作單位：廣東產品質量監督檢驗研究院國家食品安全風險評估與質量監督檢驗中心

可視基因芯片技術在食品安全檢測中的應用

在食源性致病微生物檢測中的應用食源性致病微生物檢測是食品安全檢測中一個重要的環節。食源性致病微生物對食品的污染，不僅會給國家造成巨大的經濟損失，而且還會嚴重威脅人類的生命安全。目前傳統的食源性致病微生物的檢測方法由于過程繁瑣，而且各操作步驟之間相對獨立，因此很難快速且高通量的對食品安全進行檢測。因此，非常有必要建立全新的食源性致病微生物檢測體系?？梢曅酒夹g從理論上說與傳統生物芯片的檢測效果是一致的，可以一次性檢出所有潛在的致病微生物，同時兼具傳統生物芯片的所有優點，因而在食源性致病微生物檢測中具有很好的發展前景。近年來，許多學者對可視芯片檢測食品中常見致病微生物進行了一系列相關探討和研究。朱許強等運用可視基因芯片技術快速、準確檢測食品中腸出血性大腸埃希菌、志賀菌、沙門菌以及單核細胞增生李斯特菌4種常見產毒微生物；以志賀菌為對象，該方法的檢測靈敏度可達到670cfu/mL[19]。趙金毅等[20]利用該技術可以準確的檢出沙門氏菌屬和金黃色葡萄球菌、小腸結核腸炎耶爾森氏菌、單核細胞增生李斯特氏菌3種食品中常見致病菌，對于湯卜遜沙門氏菌，檢測靈敏度可達8.5×101cfu/mL。Jenison等[21]則開發出一套多呼吸道病毒識別的可視基因芯片，可準確識別6種人類呼吸道病毒，且敏感性高、通量大、結果直觀。但以上研究方法存在明顯的不足，即未充分體現芯片高通量檢測這一特點，因而相關學者又做了進一步研究以彌補該不足。Bai等和黎吳雁等[22-23]分別針對11種和12種常見食源性致病菌建立了相應的診斷方法,后者針對純培養單增李斯特氏菌的靈敏度為103cfu/mL，模擬樣本的靈敏度為104cfu/mL。與以上檢測方法建立的原理不同，部分研究人員建立了另一類可視基因芯片。郭永剛等以鏈霉親和素包被的磁珠作為標記物，通過鏈霉親和素與生物素的親和作用，使得雜交結果可以在普通的光學顯微鏡或放大鏡下檢測，甚至肉眼可見，并利用大腸桿菌作為樣品進行方法驗證，取得較好的實驗結果[24]。史蕾等[25]利用基于磁珠的可視化基因芯片建立了一種快速檢測諾如病毒的新方法，檢測的靈敏度達50ng，特異性和重復性均較好，與PCR方法檢測結果一致。Sun等[26]同樣基于磁珠法建立了用于檢測7種腸道病原菌的可視基因芯片技術，檢測靈敏度高于前者（可達25ng/μL），86個樣品同時用傳統方法、PCR法和芯片方法進行檢測，三者檢測結果完全一致。同樣是對腸道致病菌的檢測，彭賢慧等[27]基于酪胺信號放大技術和金標銀染技術建立的可視化基因芯片法可同時檢測10種腸道病毒，可檢出不低于102拷貝/μL的體外轉錄RNA，30例臨床樣本的芯片檢測結果與熒光PCR法一致。此外，有關研究人員基于不同基質也做了相關研究。Wang等[28]利用尼龍膜作為基質建立了可檢測20種腸道病原菌的可視芯片檢測方法，檢測結果通過特異性PCR進一步得到證實。張英朗等[29]同樣利用尼龍膜做基質結合反向斑點雜交技術制備了可視化的基因芯片，能夠在3~4h對我國常見的12種角膜致病真菌進行鑒定，特異性和敏感性較高?？梢暤鞍仔酒难芯枯^少，石霖等將免疫膠體金技術和銀顯影技術有機的結合，建立并優化了可同時鑒別診斷4種禽病血清抗體的可視化蛋白質芯片技術[30]。從以上可以看出，可視基因芯片在食源性致病微生物的檢測應用方面比可視蛋白質芯片技術應用更加廣泛，其主要原因是前者相對與后者在技術成熟度、穩定性、操作程序方面均占據一定的優勢?？梢曅酒夹g在食源性致病微生物檢測方面的特點及優勢，可能使其在未來成為最具潛力的檢測手段之一。在轉基因食品檢測和真假植物油鑒別中的應用伴隨著現代生物技術的迅猛發展，以基因工程為基礎的轉基因技術得到廣泛應用，因此，越來越多的轉基因食品展現在人們面前。一方面由于對轉基因食品可能對人體以及生物多樣性導致的不可預期的結果所擔憂，另一方面為了維護消費者對轉基因食品的知情權和選擇權以便做出綜合評價，轉基因檢測技術的研究已成為當前生物技術領域的熱點?，F有的檢測方法（普通PCR擴增法和實時熒光PCR擴增法）一次只能檢測一種外源基因，對具有多種特性的轉基因食品卻無能為力，而且其檢測效率低、檢測周期長，因而不能實現對食品中大量不同轉基因成分的高通量檢測。Bai等[31]利用可視基因芯片技術對轉基因作物進行了相關研究。通過對轉基因作物的特異性序列及植物基因組SNP檢測的研究，建立了一套基于可視基因芯片技術的轉基因作物檢測和植物基因組SNP突變鑒別的行之有效的方法。該方法快速準確，并顯示出高靈敏度和強特異性，可廣泛運用于需要對特異核苷酸序列進行陽性鑒定的相關研究中。Xu等和Bai等[32-33]同樣利用該技術分別建立了同時檢測7種轉基因油菜品種和6種轉基因玉米品種的可視基因芯片檢測方法，當探針濃度為0.01μM時仍可以檢測到100fmol的PCR產物。中國作為一個食用油消費大國，其食用油主要是以植物油為主。由于各種植物油價格存在很大差異，有些生產企業為了牟取暴利，常在高價植物油中摻入低價油或劣質油，嚴重侵犯了消費者的權益?，F今用于鑒別植物油摻假的主要方法為物理或化學方法，但檢測手段費時費力且檢測結果不太理想。因此，開發準確、方便、快速地鑒定植物油成分的方法對控制食品質量和確保食品品質具有重要意義。針對此問題，Bai等[34-35]將可視基因芯片技術用于真假植物油的鑒別，一次可同時檢測8種植物油成分，最低檢出限可達0.1fmol，與以往研究相比，敏感性高很多。可視基因芯片技術應用于轉基因檢測或真假植物油鑒別，一次實驗可篩選出大量的轉基因成分或植物油成分，基于現有的研究基礎，其必將是未來轉基因食品檢測和真假食品鑒別的主要研究方向。在食物過敏原檢測中的應用近年來，食物中的過敏原已逐漸成為一個重要的公共健康問題，其影響范圍可達總人口的4%，在嬰幼兒中可達8%[36-37]。為了保護這些過敏人群的健康安全，食品必須標明可能引起過敏反應的原材料。目前，部分國家已經頒布了相應的法令。因此，亟需一種行之有效的快速檢測食品中引起過敏反應的材料的方法。現在主要通過免疫學方法檢測食品中的蛋白質成分[38-43]，然而，不同的食品加工方法（例如熱處理或烘焙）可能引起食物中蛋白質的變性，從而不能得到滿意的結果。最近，基于DNA的分析方法被用于過敏原的檢測[44-49]，主要是針對于蛋白質來說它具有更高的穩定性。由于在食品中存在著各種不同類型的過敏原，因此有必要建立一種高通量的快速檢測方法。傳統生物芯片已在各類研究中展現出這一特性[50-51]，在這其中，可視芯片技術依據其自身的優勢顯示出比傳統生物芯片方法更強的競爭力。Wang等[52]利用可視基因芯片技術對食品中的過敏原進行了檢測分析。通過對杏仁、芝麻以及核桃等8種原材料進行研究，建立了一套新的用于檢測食品中過敏原材料的可視基因芯片方法。該方法不但降低了檢測費用，而且顯示出極高的敏感性和特異性，與其他方法相比具有很強的競爭力。其中，芝麻的絕對檢出限和實際檢出限分別為0.5pg和0.001%（w/w），與以往研究報道相比具有更高的敏感性[53-54]。李小燕等利用辣根過氧化物酶和3,3'''',5,5′-四甲基聯苯胺(TMB)-H2O2作為信號示蹤系統，建立了一種用于檢測菲律賓蛤仔過敏原的可視化抗體微陣列玻片的檢測方法，最低可檢出10ng/mL的雜色蛤過敏原，該方法可發展為多種過敏原的通量化檢測方法[55]。通過以上檢測方法的建立，將為預防因食物過敏原導致的過敏性疾病的發生提供理論依據，從而保障消費者的健康，并有利于促進我國食品的進出口貿易。

可視芯片技術存在的問題及前景展望

可視芯片技術雖然起步較晚，其憑借自身的優勢在食品安全的檢測中卻獲得越來越廣泛的應用，但同時也存在一些亟待完善的問題。1）可視芯片制備的穩定性需進一步提高。首先，可視基因芯片制備過程中質量控制不嚴格，很容易出現雜交點模糊、形狀不規范、雜交信號不均一以及背景區出現信號點等問題，嚴重影響后續的結果分析；其次，理論上雜交后可視基因芯片的背景不應出現信號，但在實際檢測中，由于受多種因素的影響，背景區和未發生雜交反應的位點也可能會產生沉淀的堆積而造成表面顏色的改變。2）可視芯片技術在食品安全檢測中的應用范圍需進一步擴大。從上文中可以看出，目前可視芯片技術的應用主要集中在食源性致病菌的檢測方面，而在其他方面的研究力度相對薄弱，下一步有必要加強各方面的相關研究，使該技術在食品安全檢測的各個方面發揮其作用。3）可視芯片技術標準化的建立存在局限性。由于各研究單位或實驗室的實驗設備、操作過程以及判定方法的不同，導致各數據之間缺乏嚴重的可比性，很難實現共享?？梢曅酒夹g盡管還不夠完善，但由于該技術在最終的結果分析中，與傳統生物芯片相比，徹底擺脫了昂貴的分析儀器，大大降低了檢測成本，提高了可操作性，因而在食品安全檢測領域將有廣闊的發展潛力。隨著該技術的廣泛應用，一方面，必然帶來檢測效率的提高和檢測費用的降低，從而大大提高了食品安全的檢測水平；另一方面，為食品安全的風險預警提供了一種簡易快捷的檢測手段，保障了人民的健康生活。