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微生物检测:照进微观世界的一束光

1159    2020-06-29    发布者:中国测试杂志社    来源:原创

2020年突如其来的新冠疫情在全球范围内造成了巨大影响。全国人民团结一心,在付出了巨大的代价后,国内状况趋于稳定,新冠常态化防控基本成型,生产生活基本正常化。

向所有战“疫”英雄致敬!

在战“疫”过程中,微生物快速检测技术,作为基础技术发挥了举足轻重的作用,从每天新闻提到的病毒核酸检测,到稳定民心最重要的保障食品安全供应,今天我们就来聊聊这个无处不在的词汇。

说到微生物检测,普通人第一反应就是那果冻状、臭臭的琼脂培养基。将样品溶解稀释倒在培养基上,经过培养,观察细菌有无、确认个数、种类的方法,叫做涂布法,是近代微生物检测方法鼻祖。其详细流程可参考我国现行标准GB 4789-2016 《食品微生物学检验》,其中也有针对不同细菌的专门检测法,一般通过特定手段排除其他细菌或用特定菌专用培养基实现。

经典方法成本低,也足够可靠,但无法检测大多数病毒,不同种微生物的检测方法与所用物料差别较大,加上24小时起步的培养时间,对于急病、新病的病原体确认,以及食物全程质量控制这类对确定物种明确要求或大批量的新需求,显然力不从心,现在多用作参照比对退居二线。

大人,时代变了!

首先感谢马歇尔·沃伦·尼伦伯格,哈尔·葛宾·科拉纳,罗伯特·威廉·霍利(三人完成了DNA最后的解密工作,共同获诺贝尔奖,他们的故事读者们自己探索哦~)以及其他分子生物学先贤们在20世纪的辛勤付出。

核酸检测,当下微生物快速检测方法的绝对中坚,已发展至第三代。虽说人类在1961年就知道了可以通过DNA识别生物物种,但往往实际情况下的样品里就没有几根比较完整的基因链条,比对少量如此小的分子,就好比在指甲盖上看小抄——两眼一抹黑啊。这时候科学家就想能不能放大点看,于核酸比对来说就是大量复制DNA分子。期间也是几经周折,最后名为PCR(Polymerase Chain Reaction,聚合酶链式反应)的技术被开发出来,这也让理论上的比对有了技术上实现的可能。

这个反应通过将麻花状的DNA分子高温分解为A、B两根单链,每根单链的每个位点都有唯一对应的碱基,然后在另一个温度下,以特定的酶催化,容器中加入dNTP(脱氧核糖核苷三磷酸,DNA的合成底物),根据碱基配对原则与每根单链的特定位点结合,编成相应的另一半,于是你就有了两根麻花A-B’和A’-B,如此往复,你想要的DNA就超级加倍了。详细流程可以参考现行GB /T19438. 1-2004《禽流感病毒通用荧光RT-PCR检测方法》。

PCR核酸检测直接从DNA入手,也就意味着直接确认物种,查病原,查个体,解读基因含义,查遗传病,样样都行;对样品量要求低,广泛用于古生物学和刑侦;对于不同物种所用的物料类似(酶与散装dNTP),PCR反应时间也远比培养时间短,经过整合优化,形成了全自动批量处理的机器,或特化为专门物种的专用核酸检测试剂盒,如这次新冠病毒检测试剂盒。

除了PCR方法,再介绍一种ATP(Adenosine Triphosphate三磷酸腺苷)荧光法。该法原理是通过萤火虫荧光素酶催化萤火虫荧光素与生命体中的能量货币三磷酸腺苷在有氧状态下发生氧化还原反应发光。当虫光素酶和虫荧光素在体系中处于过量情况下,发光强弱取决于ATP 数量。只要排除非检测项目因素的ATP,则可以通过发光强度直接求得目标量的数值。这种方法的时间非常短,一般只要15~30分钟,特别适合定性判断是否有活性的微生物,故非常适用于食品的质量控制——对于特定食品的生产线或运输链,其基底的ATP量很容易掌握,如果探知到某节点ATP异常变化,往往就是被微生物污染了或变质了。在各自使用情景下,容易形成“傻瓜”型民用或执法用的初筛仪器(类似呼气酒精探测仪)。如果说PCR方法是全能战士,那么ATP荧光法更适合的角色是产业领域常驻的哨兵。

作为人类重要技术革命之一的微生物技术,本文所指显然只是冰山一角,但从与民众日常生活息息相关的领域也足以窥见微生物检测对于人类的重要意义,它是一种人类能够在一片漆黑的微观世界里仰仗的技术,将继续照亮生命延续的道路。

作者:张子通


参考文献

食品微生物检测方法: GB 4789-2016[S]. 北京: 中国质检出版社, 2016.

禽流感病毒通用荧光RT-PCR检测方法: GB /T19438. 1-2004 [S]. 北京: 中国标准出版社, 2004.

伍季,王燕,章建军,等. ATP生物发光法快速检测啤酒中的菌落总数[J]. 河南科学, 2006, 24(1): 63-65.




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