基因芯片在食源性致病微生物检测中的应用.docx

编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第页共NUMPAGES8页第PAGE\*MERGEFORMAT8页共NUMPAGES\*MERGEFORMAT8页基因芯片在食源性致病微生物检测中的应用生活中，因微生物引起的食物中毒事件频有发生，食品微生物检测和研究对人民的安全饮食极为重要。自二十世纪八九十年代以来，随着现代科学技术的不断发展，特别是免疫学、生物化学、分子生物学的不断发展，新的细菌诊断技术和方法已广泛用于食品微生物的鉴别。食品微生物检测和研究在快速自动化采样和检测方面取得了较快的进展,生物传感器、基因分析及酶联免疫分析等技术在食品微生物学检测中被广泛应用[1]。然而，上述生物学技术一般每次仅能检测一种食源性微生物，无法全面分析检测食品中所存在的微生物的种类、分布及数量，这是食品微生物学亟待解决的一个重要问题。进入本世纪后，随着分子微生物生物学和分子化学的飞速发展，对病原微生物的鉴定已不再局限于对它的外部形态结构及生理特性等一般检验上，而是从分子生物学水平上研究生物大分子，特别是核酸结构及其组成部分。在此基础上建立的众多检测技术中，核酸探针(Nuclearacidprobe)和聚合酶链反应(Polymerasechainreaction)以及新近发展起来的基因芯片（DNAmicroarray）技术的建立与广泛应用，为全面快速准确地分析鉴定水体、空气、土壤和食品等环境中的各种微生物提供了一种崭新的技术工具和平台[2]。目前,基因芯片已广泛应用于包括环境微生物、微生物生态,人类、兽医、食品和植物的诊断,以及水质监控、工业微生物等等[3,4]，这里本文将着重讨论基因芯片应用于食源性致病微生物检测的基本原理与步骤，包括食品微生物采样、基因组DNA分离纯化、PCRE扩增、芯片杂交等过程的要求，以及该技术的应用现状和前景。1基因芯片检测微生物的基本原理与步骤1.1基因芯片检测微生物的基本原理基因芯片是20世纪90年代中期从传统的基于膜杂交检测DNA的SouthernBlot和和检测RNA的NorthernBlot技术进一步发展而来，但它融微电子学、生物学、物理学、化学、计算机科学为一体，比传统检测方法在节省人力、时间、费用的同时，能对研究对象进行高通量分析，被评为1998年度世界十大科技进展之一。基因芯片作为一种快速、高通量的研究工具最初主要应用于全基因组的表达分析，随着研究的不断深入，它已在微生物的检测中得到应用；依赖于高度特异的探针，能够在种属水平上同时区分上至几千种微生物。首先利用待检测微生物的基因组序列设计针对各种微生物的特异探针，将该探针（寡核苷酸）点样于芯片表面，同时在探针两侧设计PCR引物，在引物合成过程中对其5’端进行荧光标记或在PCR过程中加入荧光标记的dNTP，这样利用PCR扩增的方法即可得到标记有荧光染料的待检测微生物靶标，然后用含有待检测样品特异探针的微阵列芯片与标记的靶标杂交，荧光标记的DNA分子与芯片上相匹配的DNA序列发生杂交反应，使得芯片上的点呈现出荧光信号，最后通过扫描仪定量和分析荧光分布模式来确定检测样品是否存在某些特定微生物[5]。基因芯片具有集成度高，可以同时对多种目标菌实现高通量的并行检测，一次实验即可得出全部结果；操作简便快速，整个检测24h基本可以出结果，而传统方法一般需4-7d时间；该技术将核酸探针、聚合酶链反应和分子杂交三者有机的结合在一起，特异性强，敏感性高，越来越受到广大检测部门及科研者的重视。1.2芯片探针与PCR引物的设计、合成基因芯片检测不同于传统的基因分析方法，要求同时检测数十种乃至上百种微生物的基因，从而对芯片探针及PCR引物的设计提出了较高的要求。由于细菌16SrRNA高度保守,早在1987年就被提倡用于细菌的分类学,被誉为细菌的“活化石”，目前几乎所有已知细菌的16SrDNA的碱基序列已被测定，因此，目前大多利用16SrRNA作为芯片检测的靶基因[6]。16SrDNA由可变区和保守区组成,保守区为所有细菌所共有,可变区在不同种属间有不同程度差异,可变区与保守区交错排列。许多研究者都以16SrDNA为靶基因建立平行检测多种病原菌的微阵列技术,在其保守区设计通用引物进行细菌的基因扩增,针对特异区设计寡核苷酸探针,点在基片上制成寡核苷酸微阵列。但由于16SrDNA的高度保守性,探针的特异性设计比较困难,常产生假阳性结果,对于某些16SrRNA序列基本相同的致病菌，可利用特异的致病基因，如沙门氏菌的invA基因、大肠杆菌O157:H7的23SrRNA基因、志贺