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重健康問題。食源性病原菌的快速、準確檢測對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，但耗時長；免疫測定法快速但不夠敏感，且需要昂貴的抗體；依賴于DNA擴增技術(shù)的聚合酶鏈反應(yīng)（PCR）和實時定量PCR（qPCR）被認為是金標準，但由于環(huán)境氣溶膠污染的風(fēng)險，易受污染。近年來，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、更靈敏的檢測方法。數(shù)字生物傳感器因其單分子靈敏度而在核酸檢測中受到青睞，但其同時檢測多個目標的能力有限。
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陳翊平教授及其團隊在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)字化核酸檢測平臺（d-MAGIC），實現(xiàn)了對三種食源性致病菌的數(shù)字化多重核酸檢測。
圖1 文獻基本信息
在該研究中，作者通過使用磁珠來構(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DNA存在時，激活CbAgo的兩步切割反應(yīng)，恢復(fù)被淬滅的熒光探針信號。MBs-TA-SA復(fù)合物能夠結(jié)合被生物素修飾的熒光基團從而使自身攜帶上熒光作為信號的讀取載體。通過對所捕獲圖像中磁珠的不同熒光編碼狀態(tài)，即可實現(xiàn)對靶標細菌的數(shù)字化檢測。
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，為了提高檢測的準確性和穩(wěn)定性，作者還開發(fā)了名為“Panda”的AI算法平臺，能夠準確分類、評分和計數(shù)磁珠，從而實現(xiàn)對檢測信號的高效解碼和定量分析。實驗結(jié)果表明，d-MAGIC平臺在無需DNA擴增的情況下，對10 CFU/mL的食源性致病菌DNA表現(xiàn)出高靈敏度。此外，該平臺還具有出色的抗干擾性，能夠在復(fù)雜的食品樣本中檢測出目標病原菌。
d-MAGIC平臺的出現(xiàn)為食源性病原菌的檢測提供了一種全新的解決方案。它不僅實現(xiàn)了多重、超靈敏的檢測，還避免了傳統(tǒng)DNA擴增技術(shù)的諸多弊端。D-MAGIC平臺通過整合可編程CbAgo和磁珠與AI輔助解碼，實現(xiàn)了數(shù)字、無擴增和超靈敏的同時檢測三種食品源病原體的方法開發(fā)。與此同時，該平臺還使用了微米級磁珠作為數(shù)字化和編碼載體，簡化了傳統(tǒng)的液滴數(shù)字化方法，提供了對干擾的抵抗力。此外，d-MAGIC平臺展示了開發(fā)基于AI的圖像識別在優(yōu)化檢測系統(tǒng)中的關(guān)鍵作用。通過創(chuàng)建曲線識別算法，實現(xiàn)了有效解碼和定量信號分析。
d-MAGIC平臺的成功研發(fā)不僅為食品安全檢測領(lǐng)域帶來了重大突破，也為其他領(lǐng)域的病原體檢測提供了新的思路。其免擴增、數(shù)字化的特點使其具有廣泛的應(yīng)用前景，有望與便攜式設(shè)備結(jié)合開發(fā)出即時檢測設(shè)備。此外，該平臺的高靈敏度和抗干擾性也使其在臨床核酸檢測中具有潛在的應(yīng)用價值。該技術(shù)有望成為下一代準確和方便的病原體檢測策略。未來的研究可以集中在提高檢測速度、降低成本以及開發(fā)便攜式設(shè)備，以便在現(xiàn)場進行快速檢測。此外，利用生物技術(shù)改進argonaute酶切割效率的研究也值得進一步探索。未來，隨著技術(shù)的不斷完善和推廣，d-MAGIC平臺有望為保障公眾健康做出更大的貢獻。
參考文獻：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.
來源：微生物安全與健康網(wǎng)，作者~陳富。
