分子生物學(xué)在食品微生物檢測(cè)中的使用

◎ 朱炳江

（海寧紀(jì)亨保健食品有限公司，浙江 海寧 314412）

食品安全直接關(guān)系到人們的身體健康與生活質(zhì)量，更關(guān)系到社會(huì)的穩(wěn)定發(fā)展。我國(guó)一直將食品安全保障視為重要的工作任務(wù)，并不斷的開(kāi)展與食品微生物檢測(cè)相關(guān)的技術(shù)研究。及時(shí)檢測(cè)食品中致病菌是保障食品安全的重要環(huán)節(jié)，與現(xiàn)代分子生物技術(shù)相比，傳統(tǒng)的食品微生物檢測(cè)技術(shù)成本較高，并且在微生物檢測(cè)速度、檢測(cè)精準(zhǔn)性上有待提升。而分子生物學(xué)在特異性與靈敏性均表現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢(shì)，對(duì)進(jìn)一步提高食品微生物檢測(cè)速度、精準(zhǔn)度有著重要的作用。本文主要分析基因芯片技術(shù)、基因探針技術(shù)、聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)技術(shù)在食品微生物檢測(cè)中的具體使用路徑，從而提高食品微生物檢測(cè)效果。

1 分子生物學(xué)的相關(guān)概念及特點(diǎn)

分子生物學(xué)（Molecular biology）是生物學(xué)中的一個(gè)重要的分支，它是研究細(xì)胞不同系統(tǒng)中生物分子之間生物活性的分子基礎(chǔ)，如DNA、RNA、蛋白質(zhì)之間的相互作用與生物合成。分子生物學(xué)是生物學(xué)中的一個(gè)大門(mén)類(lèi)，分子生物學(xué)下又涵蓋了多種分子生物學(xué)技術(shù)，如常見(jiàn)的分子克隆技術(shù)、聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)技術(shù)、凝膠電泳技術(shù)、高分子印記和探針技術(shù)等。當(dāng)前，分子生物學(xué)作為現(xiàn)代生物技術(shù)中最為先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)手段之一，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于食品微生物檢測(cè)與藥品檢測(cè)當(dāng)中，在生命科學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域隨處可見(jiàn)分子生物學(xué)技術(shù)。從分子生物學(xué)的實(shí)現(xiàn)機(jī)制上來(lái)講，分子生物學(xué)技術(shù)的理論基礎(chǔ)在于PCR（序列互補(bǔ)）與酶切（識(shí)別酶切特定序列）[1]。它在食品微生物檢測(cè)中主要體現(xiàn)出檢測(cè)速度快、檢測(cè)精準(zhǔn)度、檢測(cè)步驟精簡(jiǎn)的特點(diǎn)，以及對(duì)新型微生物的檢測(cè)體現(xiàn)出敏感性強(qiáng)、特異性顯著的特征。

2 分子生物學(xué)在食品微生物檢測(cè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

當(dāng)前，我國(guó)對(duì)食品的安全性尤為注重，而食品微生物檢測(cè)指標(biāo)是衡量食品安全性的重要標(biāo)準(zhǔn)。分子生物學(xué)廣泛應(yīng)用到食品微生物檢測(cè)當(dāng)中，如基因探針技術(shù)，基因探針技術(shù)是分子生物學(xué)技術(shù)的重要組成，它能夠快速的檢驗(yàn)出食品中存在的李斯特菌、金黃色葡萄球菌等微生物，由于這一檢測(cè)技術(shù)精準(zhǔn)且快速，得到許多專(zhuān)家與工作者的高度重視[2]。就目前階段而言，雖然一些分子生物學(xué)技術(shù)在食品微生物檢測(cè)中發(fā)揮著重要作用，但由于一些分子生物學(xué)技術(shù)本身涉及到大量的技術(shù)資金、技術(shù)成果、技術(shù)資源的投入，因此，我國(guó)在食品微生物檢測(cè)的整體上對(duì)分子生物學(xué)技術(shù)的應(yīng)用度仍然有待提升。如基因探針技術(shù)操作極為復(fù)雜、檢測(cè)成本昂貴，因此主要應(yīng)用在實(shí)驗(yàn)室領(lǐng)域。而生物芯片技術(shù)雖然檢測(cè)效率較為顯著，但是生物芯片本身具有明顯的復(fù)雜性、特殊性，導(dǎo)致目前生物芯片技術(shù)未能夠有效的推廣與應(yīng)用到各個(gè)食品安全檢測(cè)領(lǐng)域中。實(shí)際上，當(dāng)前我國(guó)進(jìn)行食品微生物檢測(cè)，大多是將傳統(tǒng)鑒定技術(shù)與分子生物學(xué)技術(shù)相結(jié)合。雖然分子生物學(xué)技術(shù)在食品微生物的檢測(cè)上具有顯著的檢測(cè)速度快、檢測(cè)精準(zhǔn)度高等優(yōu)勢(shì)，但是在定量方面仍然存在著許多不足之處[3]。因此，將傳統(tǒng)的鑒定技術(shù)與分子生物學(xué)技術(shù)有機(jī)結(jié)合，也是未來(lái)我國(guó)食品微生物檢測(cè)的發(fā)展趨勢(shì)之一。

3 食品微生物檢測(cè)中主要分子生物學(xué)技術(shù)種類(lèi)及使用路徑

3.1 基因芯片技術(shù)

基因芯片技術(shù)是信息科學(xué)與生命科學(xué)的結(jié)合體，其具體機(jī)制是將芯片上所存在的探針與樣品當(dāng)中的靶基因片段進(jìn)行特異性的核酸雜交。如今我國(guó)食品微生物檢測(cè)領(lǐng)域中，許多專(zhuān)家與工作人員已經(jīng)開(kāi)始大規(guī)模的使用基因芯片技術(shù)。由于基因芯片由多種核酸探針?biāo)餐M成，因此，在使用基因芯片技術(shù)進(jìn)行食品微生物檢測(cè)的過(guò)程中，可以通過(guò)調(diào)整或增大探針的方式，不斷提高芯片的精準(zhǔn)性、針對(duì)性，并且能夠通過(guò)人為的手段與措施進(jìn)一步擴(kuò)大基因芯片的檢測(cè)范圍，使其更好地應(yīng)用到食品微生物檢測(cè)之中。當(dāng)前，已經(jīng)有研究者通過(guò)對(duì)基因芯片技術(shù)的使用，成功的檢測(cè)出了多種李斯特菌分離物，這對(duì)于我國(guó)食品微生物檢測(cè)的開(kāi)展而言具有重要帶動(dòng)作用。而根據(jù)當(dāng)前基因芯片技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀及特點(diǎn)，將基因芯片技術(shù)應(yīng)用到食品微生物檢測(cè)中，可以圍繞著幾個(gè)方面著手。①將各種基因寡核苷酸點(diǎn)樣放置在芯片表面，確保實(shí)驗(yàn)材料的完整、有效。②對(duì)食品微生物樣品進(jìn)行處理，確保處理后的微生物樣品還能夠滿足檢測(cè)的實(shí)際需求，對(duì)經(jīng)過(guò)處理后的微生物進(jìn)行核酸擴(kuò)增，并對(duì)微生物樣品的核酸進(jìn)行有效提取，借助熒光素做好相應(yīng)的標(biāo)記。③將芯片上的寡核苷酸點(diǎn)樣與處理好的微生物樣品進(jìn)行雜交，再通過(guò)分析樣品熒光分析模式和掃描儀定量，實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品的檢測(cè)，從而得出所檢測(cè)的食品中是否存在某些特定的微生物，實(shí)現(xiàn)對(duì)食品微生物檢測(cè)的目的[4]。通過(guò)基因芯片的使用方法可知，基因芯片與核酸雜交極為相似，但是基因芯片技術(shù)更具食品微生物檢測(cè)的快速、多參數(shù)、高精準(zhǔn)度、高靈敏性的特點(diǎn)，因此這是較為有效的食品微生物快速檢測(cè)方法。

3.2 基因探針技術(shù)

基因探針技術(shù)是一種核酸分子的雜交技術(shù)，它屬于基礎(chǔ)性的DNA分析技術(shù)。它是在Southern、Blotting等生物技術(shù)基礎(chǔ)上結(jié)合了PCR技術(shù)而發(fā)展起來(lái)的一種較為先進(jìn)的分子生物技術(shù)種類(lèi)。其基本機(jī)制是從微生物中提取或擴(kuò)增特異性的DNA片段，將純化后的DNA片段進(jìn)行標(biāo)識(shí)，使其成為一種可被檢測(cè)的指示劑，如熒光劑、放射性同位素等，最后成為一種特異性的DNA探針。這一檢測(cè)技術(shù)主要運(yùn)用了堿基的配對(duì)原理，使得互補(bǔ)的核酸單鏈能夠轉(zhuǎn)變成為雙鏈，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)食品微生物的精準(zhǔn)檢測(cè)。當(dāng)前，基因探針技術(shù)在食品微生物檢測(cè)中的應(yīng)用主要是對(duì)食品中存在的致病原菌進(jìn)行有效檢測(cè)與判斷，從而為解決食品安全問(wèn)題提供基礎(chǔ)性保障與條件。基因探針技術(shù)在食品微生物檢測(cè)中的實(shí)現(xiàn)路徑圍繞著幾點(diǎn)：①對(duì)食品進(jìn)行樣本提取，充分的運(yùn)用分離與標(biāo)記病原體的核酸片段來(lái)對(duì)基因探針進(jìn)行配置。②通過(guò)對(duì)基因探針的有效配置，使探針能夠與待檢測(cè)的樣品進(jìn)行充分的雜交，將其作為實(shí)驗(yàn)與分析對(duì)象。③對(duì)試驗(yàn)出的目標(biāo)物進(jìn)行分析，此時(shí)，樣本中若含有特定的邊緣體，那么探針就會(huì)與目的性的核酸序列產(chǎn)生融合。再運(yùn)用特定的方案對(duì)標(biāo)記物進(jìn)行檢測(cè)與測(cè)試，從而就能夠有效判斷出食品中的微生物[5]。與傳統(tǒng)的食品微生物檢測(cè)技術(shù)相比，基因探針技術(shù)能夠快速、準(zhǔn)確地對(duì)食品中的病原微生物進(jìn)行識(shí)別，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)食品微生物快速檢測(cè)的目的。

3.3 聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)技術(shù)

聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)技術(shù)也被稱(chēng)之為PCR技術(shù)，聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)技術(shù)主要是通過(guò)運(yùn)用變性以及復(fù)性的原理，在特定引物的引導(dǎo)下，使DNA序列在規(guī)定時(shí)間內(nèi)進(jìn)行大量的復(fù)制，所形成的DNA序列會(huì)在短時(shí)內(nèi)進(jìn)行快速、大量的擴(kuò)增。然后，再使用其他檢測(cè)技術(shù)與方法就可以及時(shí)得到食品性致病微生物檢測(cè)結(jié)果[6]。聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)技術(shù)在食品微生物檢測(cè)中的具體使用步驟為：①對(duì)食品微生物進(jìn)行取樣，將模板DNA進(jìn)行加熱，加熱至93 ℃左右一定時(shí)間后，讓模板DNA雙鏈或經(jīng)PCR擴(kuò)增形成的雙鏈DNA進(jìn)行解離，使之成為單鏈，以便它與引物結(jié)合，為下輪反應(yīng)作準(zhǔn)備。②將模板DNA經(jīng)過(guò)加熱變性成單鏈后，再將溫度降至55 ℃左右，在此過(guò)程中要確保模板DNA的穩(wěn)定性與完好性，最后實(shí)現(xiàn)引物與模板DNA單鏈的互補(bǔ)序列配對(duì)結(jié)合。③DNA模板-引物結(jié)合物在TaqDNA聚合酶的作用下，以dNTP為反應(yīng)原料，靶序列為模板，按堿基配對(duì)與半保留復(fù)制原理，合成一條新的與模板DNA鏈互補(bǔ)的半保留復(fù)制鏈。在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行上一個(gè)操作步驟的重復(fù)，實(shí)現(xiàn)變性-退火-延伸的循環(huán)，就可以獲取更多的半保留復(fù)制鏈，最后分析出食品中存在的一些微生物。與傳統(tǒng)的食品微生物檢測(cè)技術(shù)相比，該方法具備了靈敏度高、耗時(shí)短、檢測(cè)精準(zhǔn)性強(qiáng)等顯著特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)食品中微生物的快速檢測(cè)。

4 結(jié)語(yǔ)

分子生物學(xué)技術(shù)能夠快速、精準(zhǔn)的檢測(cè)出食品中存在的各種微生物，并對(duì)其進(jìn)行分析與測(cè)驗(yàn)，從而保障食品的安全。分析我國(guó)食品微生物檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀可知，分子生物學(xué)技術(shù)的應(yīng)用與推廣仍然處于一個(gè)不斷深化的階段。通過(guò)對(duì)基因芯片技術(shù)、基因探針技術(shù)、聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)技術(shù)的使用分析，為我國(guó)食品微生物檢測(cè)提供價(jià)值性思路，從而有效保障食品安全性。