基因測序技術(shù)在食品安全檢測中的應用

崔玉娟

（北京市延慶區(qū)疾病預防控制中心，北京 102100）

食品安全直接關(guān)系到消費者的身體健康情況，因此，為保證消費者的人身安全，保障消費者的權(quán)益，相關(guān)檢測機構(gòu)必須加大對食品安全檢測工作的重視程度。

1 基因測序技術(shù)相關(guān)內(nèi)容分析

1.1 第一代基因測序技術(shù)

第一代基因測序技術(shù)的技術(shù)原理采用的是Sanger 提出的鏈終止法，在測定待測核酸片段序列過程中，向反應體系中加入一定比例的放射性同位素后，可利用DNA 聚合酶與待測核酸對象相結(jié)合，直至摻入一種鏈終止核苷酸為止，最終得到的是一組長度相差一個堿基的鏈終止物；在產(chǎn)物支持下，以較高的分辨率進行排序，并經(jīng)過凝膠處理后，使用X-光膠片放射自顯影進行檢測，最終可精準定位核酸片位置。其測序步驟主要有以下幾個過程。①DNA 碎片化。利用基因測序技術(shù)，可完整測定基因組，測定前對樣品的DNA 進行碎片化，并得到DNA 片段。若測定單個目的基因序列，則不需要進行DNA 碎片化操作。②PCR 擴增及體外克隆。針對特定目的核酸片段的測序，需要對測序區(qū)域進行PCR擴增，針對DNA 碎片化情況而言，需要將碎片化的DNA進行克隆，并將其連接到質(zhì)粒載體中，進而保證被測序樣品的純度和濃度[1]。③ddNTP 法循環(huán)測序。此種方法是將待測試樣品中加入4 中dNTP 和ddNTP，進而可獲取到不用位置匹配終止的序列。

第一代基因測序試技術(shù)的優(yōu)勢是檢測準確性高，可稱之為測序行業(yè)的“金標準”，具有經(jīng)濟成本優(yōu)勢，但其測序通量較低。第一代基因測序技術(shù)實現(xiàn)了對PCR 基因產(chǎn)物的測序，獲取到了目的基因序列；實現(xiàn)了對突變、插入及缺失克隆產(chǎn)物的驗證；同時，支持對微生物和真菌的鑒定，提供病毒分型功能。

1.2 第二代基因測序技術(shù)

第二代基因測序技術(shù)屬于高通量測序技術(shù)，掀起了測序技術(shù)革命，支持對幾百萬條核酸分子序列進行測定，為下一代基因測序技術(shù)提供了技術(shù)保障。經(jīng)由技術(shù)人員不斷研發(fā)和改進，實現(xiàn)測序技術(shù)進一步的創(chuàng)新。與第一代測序技術(shù)相比，其在通量上有所提高，并且單條序列成本較低，在實際應用第二代基因測序技術(shù)過程中，主要應用場景包括基因組測序、轉(zhuǎn)錄組測序、重測序，經(jīng)濟成本低廉。將第二代基因測序技術(shù)應用在食品安全檢測領(lǐng)域中，發(fā)揮了顯著的技術(shù)優(yōu)勢。

1.3 第三代基因測序技術(shù)

與第一代、第二代測序技術(shù)相比，第三代基因測序技術(shù)具有單分子測序特點，不需要對PCR 進行擴增，支持測定無線長度的核酸序列。就第三代基因測序技術(shù)應用優(yōu)勢看，降低了單堿基錯誤率，實現(xiàn)對同一序列測序錯誤的糾正。同時，不存在測序的偏好性，不受回文序列的影響，彌補了二代測序技術(shù)缺陷，防止出現(xiàn)假陽性SNP 位點。每個序列均能夠進行對比，確保最終獲得準確的變異位點和類型。第三代基因測序技術(shù)的優(yōu)勢是不必擴增PCR，不受人為因素干擾，超長讀長，具有覆蓋均勻性特征，可直接檢測到甲基化信息。

1.4 宏基因組測序

宏基因組測序支持對單個微生物菌株的分離，基于環(huán)境中大量的微生物難以培養(yǎng)，在宏基因組支持下，對整個菌群中微生物群落結(jié)構(gòu)、物種分類及基因功能進行界定，逐漸代替了單一的16S rDNA 基因測序。將宏基因組測序應用在微生物群的組成和多樣性檢測中，發(fā)揮了重要的作用，更好地判別基因和環(huán)境之間的關(guān)系，有效分析了基因環(huán)境對微生物組的影響[2]。

1.5 宏轉(zhuǎn)錄組測序

基于測序技術(shù)水平的不斷提升，實現(xiàn)了高通量測序技術(shù)目標，更好地表達了微生物基因通量，并將環(huán)境中的RNA作為研究對象，實現(xiàn)對特定環(huán)境樣品的檢驗。有研究人員發(fā)現(xiàn)，將宏轉(zhuǎn)錄組測序應用在奶酪成熟過程中，發(fā)現(xiàn)在奶酪溫度上升過程中，微生物菌群發(fā)生了明顯的功能變化，增加了奶酪的成熟率，進一步發(fā)揮了宏轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)優(yōu)勢，對食品工藝改善具有一定的指導作用。

2 分析基因測序技術(shù)在食品檢測中的應用情況

2.1 基因測序技術(shù)在食品成分檢測中的應用

近年來食品安全問題頻發(fā)，引起消費者恐慌，出現(xiàn)人為或意外導致的食品摻假及污染現(xiàn)象，尤其禽畜肉類和水產(chǎn)類產(chǎn)品等，引起食品安全問題，增加了食品過敏風險。因此，在食物過敏、食品欺詐事件不斷發(fā)生過程中，進一步加劇了消費者恐慌程度，使其對食品安全更加關(guān)注。因此，生產(chǎn)者及相關(guān)監(jiān)管機構(gòu)，基于消費者利益出發(fā)，做好食品安全監(jiān)管工作，及時預見食品供應鏈中潛在的風險隱患，切實做好食品安全檢測工作。將PCR 技術(shù)應用在食品成分檢測中，并聯(lián)合基因測序技術(shù)進行定量分析和驗證，進一步保證了食品安全檢測結(jié)果的準確性。其可有效識別食品摻假及過敏成分，及時提出不合格的產(chǎn)品，保障消費者權(quán)益。

2.2 基因測序技術(shù)應用在食品特定物種檢測中

食品同類原料，在產(chǎn)地和品種上存在一定的差異性，消費者難以根據(jù)食品外觀進行判斷，尤其對于深加工后的食品原料而言，進一步增加了消費者的識別難度。在PCR 技術(shù)和基因測序技術(shù)支持下，分析基因序列，并參照基因數(shù)據(jù)庫進行對比，可有效識別食品特定物種的產(chǎn)地、品種等信息[3]。通過基因測序技術(shù)，可鑒定物種的DNA 條形碼，有效防止品種混淆現(xiàn)象。當前，基因測序技術(shù)廣泛應用在相關(guān)檢測機構(gòu)中。

2.3 基因測序技術(shù)應用在食品食源性微生物檢測中

傳統(tǒng)的食源性疾病監(jiān)控和鑒定方式，僅能反映病原菌基因組局部遺傳信息，分辨能力有限，然而在克隆化的菌株等方面存在不足之處?；谑称饭I(yè)化進程加快，食品流通具有廣泛性和快速性，使人們飲食習慣發(fā)生變化。然而，食源性疾病成為亟需解決的問題。相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示，患食源性疾病人數(shù)呈現(xiàn)逐年上升的趨勢，其中發(fā)展中國家尤為嚴重，食源性疾病當前成為食品安全首要解決的問題。究其原因發(fā)現(xiàn)，與食品微生物污染有關(guān)，相關(guān)研究人員有必要就食源性致病菌的基因水平進行研究，進而實現(xiàn)對食源性致病菌污染作為食品安全控制的重點。在基因測序技術(shù)支持下，實現(xiàn)對食源性致病微生物的測定，有效了解食源性病菌遺傳情況以及致病機制等，切實為食品食源性微生物檢測提供了基礎(chǔ)保障[4]。例如，沙門氏菌是一種常見的食源性致病菌，人們可通過多途徑感染此類病菌。借助基因測序技術(shù)進行檢測發(fā)現(xiàn)蛋黃醬中含有沙門氏菌，進而造成人們感染病原菌。

微生物超標及食源性致病菌是引發(fā)生物污染的主要因素，在基因測序技術(shù)支持下，實現(xiàn)高度覆蓋和高靈敏度目標，降低了技術(shù)成本，代替了傳統(tǒng)檢測技術(shù)，發(fā)揮了技術(shù)優(yōu)勢。食品食源性致病菌具有進化速度快，耐藥基因變化大的特點，傳統(tǒng)的測定方式難以滿足致病菌導致感染發(fā)病率的步伐，在致病菌分型上存在較大的難度的特點。有相關(guān)研究人員通過研究發(fā)現(xiàn)，有必要建立標準化方法對致病菌進行全基因組測序。因此，研究人員對不同類型的致病菌進行檢測，篩選出核心的基因序列，并進行多點位序列分析。研究結(jié)果表明，在基因測序技術(shù)支持下，提高了致病菌分型能力，實現(xiàn)了對相同序列菌株的分型，檢測結(jié)果準確性高，達到了高分辨目的。

基因測序技術(shù)中的全基因測序技術(shù)可對病原菌整個基因組織的核苷酸序列進行測序，并進行科學的分型，支持對龐大的基因組數(shù)據(jù)計算和解釋，實現(xiàn)結(jié)果對比分析目標，通過公共數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)信息共享和分析，進而比對出基因組之間單核苷酸的多態(tài)性，可清晰化地反映病原菌的遺傳性和變異特征，大大提升了對菌株和溯源的分辨能力，進而實現(xiàn)對病原體的追蹤，部分將全基因測序獲取到的數(shù)據(jù)，納入到公共數(shù)據(jù)庫中，便于數(shù)據(jù)對比和分析，若發(fā)生食源性疾病，可第一時間進行數(shù)據(jù)對比，并追溯到廠商[5]。就我國在全基因測序方面的研究進展情況看，全基因測序技術(shù)成為食源性疾病爆發(fā)病原追溯的金標準技術(shù)，其實現(xiàn)了對病因食品的檢測，保證了檢測結(jié)果的準確性，發(fā)揮了全基因測序技術(shù)的優(yōu)勢。

3 結(jié)語

綜上所述，通過研究發(fā)現(xiàn)，基因測序檢測技術(shù)具有顯著的技術(shù)優(yōu)勢，支持對食品食源性致病菌的檢測，可檢測微生物超標問題，支持對食品原材料成分的檢測，有效識別受污染食品，檢測結(jié)果較為準確，為食品安全檢測提供了先進的技術(shù)保障，未來基因測序技術(shù)將廣泛應用在更多領(lǐng)域中。