基于免疫磁分离和电感耦合等离子体质谱联用技术的三种食源性致病菌同步快速检测技术研究

Recently, food safety incidents caused by foodborne pathogens have occurred frequently. To strengthen the prevention and control of foodborne pathogens has become a major public health problem. Salmonella enterica, Vibrio Parahemolyticus and Staphylococcus aureus are the most common pathogens with tremendous hazard. At present, there was no effective detection technology, limited to the complicated pretreatments, sophisticated operation, and difficult to synchronous rapid detection. In this proposal, we exploit to develop a new high-throughput assay for rapid and accuracy detection of above foodborne pathogens in food samples, which based on screening phage-display peptide libraries, immunomagnetic separation, chemical etching and inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS). The research content mainly includes: ① Preparation of phage-displayed peptide functionalized immunomagnetic probes and aptamer-modified metal nanocluters to construct a synchronous target bacteria separator; ② Transformation of the detection signal from the concentrations of three different bacteria to the concentrations of the three metal ions using chemical etching, converting and amplifying signals in one-step; ③ Introduction of the ICP-MS into the detection system organically, used in synchronous, fast and accurate quantitative and qualitative detection of three target bacteria. In general, combining nanotechnology and biotechnology, the development of the new method would be vital in detection of foodborne pathogens with own intellectual property rights.

近年来，由食源性致病菌引发的食品安全事件频发，加强其防控已成为公共卫生研究热点问题。沙门氏菌、副溶血性弧菌和金黄色葡萄球菌为多发且危害较大的致病菌，现有检测技术均存在前处理复杂、操作繁琐、难以同步快速检测的不足。本研究拟联合利用噬菌体展示文库筛选技术、免疫磁分离技术、化学刻蚀技术和电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)等构建针对食品样品中3种目标菌快速准确的高通量检测新方法。主要研究内容包括：①以噬菌体多肽功能化免疫磁性纳米探针和核酸适配体功能化金属纳米簇探针构建3种目标菌的同步分离器；②采用化学刻蚀技术，将待检信号从3种目标菌浓度转换为3种金属离子浓度，一步实现待检信号的转换和放大；③将ICP-MS检测技术有机地引入目标菌检测体系中，实现3种目标菌同步、快速、准确的定性定量检测。本研究的目的是以纳米技术和生物技术为载体，借助ICP-MS分析平台开发具有自主知识产权的食源性致病菌检测新方法。

近年来，由食源性致病菌引发的食品安全事件频发，加强其防控是公共卫生研究的热点问题。其中，沙门氏菌、副溶血性弧菌和金黄色葡萄球菌为最常见的致病菌，且危害较大，现有检测技术均存在前处理复杂、操作繁琐、难以同步快速检测的不足。本研究联合利用噬菌体展示文库筛选技术、免疫磁分离技术、化学刻蚀技术和电感耦合等离子体质谱技术（ICP-MS）等成功构建了针对食品样品中3种目标菌快速准确的高通量检测新方法。经过四年的研究，课题研究工作已完成，并取得预期的研究成果。课题总体研究工作简介如下：（1）完成了沙门氏菌、副溶血性弧菌和金黄色葡萄球菌噬菌体多肽的筛选工作，确定鼠伤寒沙门氏菌的特异性多肽为NENPPGR，金黄色葡萄球菌的特异性多肽为RALLRTC，副溶血性弧菌的特异性多肽为MPRLPPA。（2）利用上述三种多肽，完成了免疫磁性纳米探针的制备及表征工作，获得了磁性优良、形状规则、粒径均一、捕获性能优异的免疫磁性纳米探针，并将前富集时间缩短至20 min。（3）完成了金、银、铜纳米簇及其探针的制备及表征工作，获得了稳定、均一的纳米簇探针，成功将待检信号从3种目标菌浓度转换为3种金属离子浓度。（4）利用免疫磁性纳米探针、金属纳米簇探针、ICP-MS技术成功构建了三种致病菌同步检测方法，检测时间为30 min，三种目标菌的检测限均低至10 CFU/mL。（5）通过模拟样品进行实际检测效果评价，结果表明该检测方法可同步、快速、准确地检测三种病原菌，且特异性较好，灵敏度较高，可用于实际样品的检测中。该检测方法的探针制备价格相对较低，且具有我国自主知识产权，联用ICP-MS技术拓展了大型仪器在生物检测领域的应用，有望应用于公共卫生检验检疫部门，若产品得以推广必将产生较大的经济效益和社会效益。（6）研究成果已发表论文17篇；申请发明专利3项；培养8名博士和4名硕士研究生。