噬菌体在食源性病原菌检测中的价值分析

作为一种理想的微生物识别工具，噬菌体具有简单的结构、卓越的特异性和相对低成本等优点，广泛应用于食品成分的定性和定量分析，为食品安全和质量控制提供了一种革命性的方法。不同于抗体，在Fernandes等的研究中，噬菌体在识别不同生理状态下的细胞方面表现出独特的优势。研究发现，不同样品中可能包含处于VBNC（viable but non-culturable，可存活但不可培养）状态和死亡状态的细胞，包括被热力杀死的细胞。在这种情况下，抗体可能会产生假阳性结果，因为它们捕获了处于不同生理状态下的所有细菌，而噬菌体能够更有效地区分不同生理状态下的细菌，因此具有更高的特异性。

如今，噬菌体已经成为食源性致病菌快速检测的强大工具。一些检测方法依赖于噬菌体与宿主细胞的初始识别和吸附过程，噬菌体具有特异性，可以识别并与目标细菌表面特定的受体结合，这一特性使噬菌体能够高效、选择性地粘附在目标细菌上，从而实现初步的识别和寻找；一些检测方法则依赖于噬菌体侵染宿主细胞的过程，在这些方法中，噬菌体进一步释放核酸进入宿主细胞内，这些核酸可以用于检测。此外，一旦噬菌体进入宿主细胞，就可能会复制并产生后代噬菌体，最终导致宿主细胞的裂解并释放噬菌体到胞外。所以，噬菌体及其产物在检测食源性病原菌方面的使用前景良好。

一、常见的食源性病原菌概述

食源性病原菌引起的食源性疾病在许多国家已经演变成一种严重的公共卫生挑战，需要引起各个国家研究人员的高度重视。在所有的食源性病原菌中，大肠杆菌O157：H7、金黄色葡萄球菌和副溶血性弧菌引发的食品污染更加常见。

大肠杆菌O157：H7为革兰染色阴性杆菌，是杆状兼性厌氧细菌之一，1982年最早在美国发现，中国首次于1986年在江苏省分离大肠杆菌O157：H7菌株，随后在河南、山东等省发现大肠杆菌O157：H7引起食品污染情况，对人体健康构成严重威胁。该病原菌通常感染剂量较低，临床症状包括腹泻、发热、消化道症状等，但年龄较小的儿童、老年人及免疫功能低下人群感染大肠杆菌O157：H7后常发生严重并发症，甚至导致死亡。

金黄色葡萄球菌革兰染色呈阳性，归属于葡萄球菌属，具有很强的侵袭能力，能够通过多种途径侵入人体引起疾病。1880年，Alexander Ogston博士的研究揭示了金黄色葡萄球菌的存在，并成功地将其分离出来。金黄色葡萄球菌常在人体的皮肤、咽喉和肠胃等部位寄生，同时也广泛分布于各种环境中，如污水和空气。金黄色葡萄球菌属于条件性病原菌，主要通过食物或者接触传播，尤其容易被人类摄入，对人体健康有着极大危害。作为一种机会性致病菌，金黄色葡萄球菌还有引发骨髓炎、伤口感染以及留置装置感染等潜在风险。金黄色葡萄球菌所产生的肠毒素具有极强的毒性作用，可导致食物中毒，欧洲2016年食源性疾病爆发事件的统计表明，金黄色葡萄球菌肠毒素污染食品所致感染人数约占8%，在导致食源性疾病发生的病原体中排名第三。据统计，中国细菌性食物中毒事件中，金黄色葡萄球菌所占比例约为20%-25%。因此，金黄色葡萄球菌的存在给医疗保健系统带来巨大的负担，是导致社区和医院获得性感染的主要病原体。

副溶血性弧菌为一种革兰阴性菌，不具备芽孢，形态多样，包括但不限于杆状、丝状、弧状等，主要分布于海洋环境中的渔业产品和沉积物。海鲜等食品可能会受到副溶血性弧菌的严重污染，从而导致肠胃炎等疾病的发生。在美国，副溶血弧菌常污染海鲜食品，导致疾病的发生，其中一些感染可引发败血症，并带来严重的后果。我国也有很多地方爆发过副溶血性弧菌病，并且已经造成巨大的经济损失。根据FDOSS数据，2011-2016年，副溶血性弧菌的爆发数量超过其他食源性病原体，成为最主要的食源性病原菌之一。

二、噬菌体在食源性病原菌检测中的优势

目前对食源性病原菌的检测方式主要是传统细菌培养鉴定、免疫学（如酶联免疫吸附测定法及免疫扩散法等）、分子生物学（如实时定量聚合酶链式反应即PCR技术、多重PCR技术、基因探针技术等）、仪器分析方法（如质谱法、流式细胞技术等）。

鉴定食源性病原菌的传统分离培养鉴定方法是目前应用最为广泛的微生物检测方式，主要利用琼脂培养皿或根据检测病原体设计其他依赖于培养基的方式，通过选择性或差异培养基中铺板来做出检测。这种检测方式对结果的观察较为直观，可以作为病原学检测的金标准，且对检测条件的要求相对较低，基层医院也适用。然而，传统的微生物培养方法的检测时间相对较长，操作也很繁琐，初步结果需要2-3天，最多需要一周以上的时间来确定特定的病原微生物，对于工作人员和实验环境也有很高的要求。因此，无法有效地对部分保质期较短的食品进行检测，也难以现场对食品做出快速检测。

PCR技术已被广泛应用于食品安全性分析，可以提高分析速度和操作便捷性。传统的PCR技术仅能提供定性结果，实时PCR则能够检测到食品样品中病原体细胞的数量，由于这些信息具有高度特异性，因此能够有效地鉴别病原生物，但PCR检测病原体需要进行富集步骤，以提高检测细胞数量并消除死菌DNA对检测结果的干扰。基因探针技术是一种利用寡聚核苷酸与目标基因进行杂交的方法，通过释放杂交信号实现对食品中微生物的筛查和检测。这种核酸探针能够对细菌或病毒进行定量检测，因此广泛应用于食品安全检测领域。基因探针技术具有及时性、特异性等优点，已经成为一种新的食品安全快速检测方法。但在基因探针技术的实施过程中，同位素标记所含放射性元素的存在却对食品安全检测人员的身体健康构成相当大的威胁。

免疫学方法主要依赖于抗体与抗原的特异性结合，而微生物和微生物毒素的检测则通常把特定的抗体固定在特定的换能器上，该换能器会在附着典型的微生物及毒素后出现信号，然后利用这种生物效应对微生物或细菌进行早期预警及实时监控。免疫传感器因其独特的特异性、高灵敏度、易操作性和现场分析的易用性而被应用于食品样品中病原菌的检测，但常规免疫方法的灵敏性相对较低，酶促反应生成的单色很难同时检测多种病原体，容易产生交叉反应等缺点。

在检测食源性病原菌方面，上述方法均受到一定的限制，并且不能完全用于检测和预防所有食源性疾病，因此研发一种快速、敏感的检测食源性致病菌的方法已成为至关重要的任务。噬菌体是一种能特异性地吸附和感染细菌的病毒，在世界各区域广泛存在。在评估噬菌体作为食源性病原菌防控手段的过程中，美国等西方国家正朝着更加完备的方向发展。通过利用噬菌体，科研人员在有效控制动物性产品在养殖、屠宰、运输、储备和食用等各个环节可能受到的细菌污染方面进行了大量研究。使用噬菌体对食源性病原菌进行检测的部分效果虽然无法与精确的检测方式相比，但噬菌体细菌成本便宜，可以迅速对细菌之间的差异进行展示，相较传统的细菌检测方法更加迅速，所以近年来，噬菌体在病原菌检测方面的应用受到越来越多的关注。美国食品药品监督管理局（FDA）支持噬菌体作为病原菌检测的新方法，标志着食品安全领域的一大进展。部分公司如法国生物梅里埃公司已经开始研发噬菌体相关检测产品，如通过噬菌体蛋白对食品样品中的沙门氏菌进行检测。

三、噬菌体在食源性

病原菌检测中的研究进展

细菌噬菌体是一种寄生性病毒，其生命周期与细菌宿主的生命周期密切相关，由于具有一些独特的特征，所以成为食源性病原菌检测中的有力工具。首先，噬菌体具有高度的特异性。每种噬菌体通常只能感染特定类型的细菌，从而能够针对性地检测和降解特定的病原菌，而不会对其他微生物产生影响。这对精确的病原菌检测至关重要，特别是在食品安全领域。其次，噬菌体结构相对简单，主要由核酸和蛋白质壳组成，相对容易培育和操控，为研究人员提供了一种便捷的工具。噬菌体的二十面体头部内含核酸，而尾部则具有中空结构，有助于侵入宿主细胞并释放核酸，实现感染和复制。

食源性病原菌的检测通常需要在48-72h内取得结果，这就要求食源性病原菌的检测效率处于较高水平，而噬菌体检测效率可以满足这一需求。最先报道噬菌体对细菌检测功能的是Ulitzur与Kuhn，其对报告基因的活性进行监测，从而迅速并特异地监测细菌，从弧菌属克隆λ噬菌体的细菌荧光素酶基因（lux）和10个大肠杆菌细胞在牛奶1h内的表达量一致，荧光素酶基因在食源性病原菌检测中存在优势，在食物样本中无背景光子，同时冷光一般只表现在有活性的目标细菌上。虽然λ噬菌体能够对大的DNA片段进行克隆，但因其为温和型噬菌体，宿主范围较窄，而大部分噬菌体的直接克隆是不可能的，因此有必要使用基因工程方法来解决这个问题。如果能得到噬菌体基因组的完整序列，就能把报告基因与质粒结合起来，将这项技术应用于大多数噬菌体细菌，从而使lux基因表达的荧光酶能够被插入大多数噬菌体报告荧光酶（LRP）中，以便迅速对病原体进行检测，且Lux基因不会干扰食物检测过程，可以应用到食源性病原菌的检测过程中。

近年来，不断有学者对噬菌体及其相关产物在食源性病原菌检测方而展开研究。有文献指出，通过将lacZ转入T4噬菌体，可以构建对大肠杆菌进行检测的报告噬菌体；Stewart等人通过噬菌体扩增法，使用Felix O-1噬菌体对沙门氏菌进行检测；Ripp等人通过荧光素酶基因成功构建噬菌体SPC32H-CDABE，并对卷心莴苣、猪肉、牛奶中的沙门氏菌进行检测；Goodridge等人通过荧光标记噬菌体法，对碎牛肉和牛奶内的大肠杆菌进行检测；Mosier-Boss等人通过标记P22噬菌体，对沙门氏菌进行成功检测。

综上所述，和其他对食源性病原菌检测方法相比，噬菌体成本较低且速度较快，能够作为传统病原菌检测方法的补充检测方式，同时其对人类是无害的，因此在食品安全检测及维护公众健康方面有着广阔的应用前景。随着研究逐渐深入及相关检测技术的研发，噬菌体检测食源性病原菌的方法一定会得到更广泛的应用。

作者简介：李敏婕（1992），女，汉族，四川南充人，中级工程师，硕士研究生，研究方向为食品微生物检测。