中國工程院食品安全院士團(tuán)隊

科研成果轉(zhuǎn)化平臺

大腸桿菌O157 已成為一種主要的食物和水傳播病原體，該菌株產(chǎn)生的志賀毒素可導(dǎo)致危及生命的并發(fā)癥，包括出血性結(jié)腸炎和溶血性尿毒癥綜合征。嬰兒和兒童尤其在感染大腸桿菌 O157 后容易患上溶血性尿毒癥綜合征。傳統(tǒng)的培養(yǎng)方法，如選擇性瓊脂鋪板和生化檢測，需要的步驟多時間長。其他方法，包括分子和免疫學(xué)方法，需要專門的設(shè)備和專業(yè)知識，比基于培養(yǎng)的方法更昂貴，并且無法區(qū)分活細(xì)菌和死細(xì)菌。

噬菌體具有高度特異性和僅感染活細(xì)菌的能力，可以用在特異性細(xì)菌檢測中。離體噬菌體工程技術(shù)涉及組裝和重新啟動合成噬菌體基因組，從而實現(xiàn)完全合成和靈活的噬菌體設(shè)計。合成噬菌體基因組可以使用 PCR 擴(kuò)增或合成的 DNA 片段構(gòu)建，然后可以用不同的方法組裝最后，可以使用傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)化技術(shù)，使用缺乏細(xì)胞壁的L型細(xì)菌或無細(xì)胞轉(zhuǎn)錄翻譯（TX-TL）系統(tǒng)來產(chǎn)生嵌合體噬菌體。體外DNA組裝是一種簡單快速的噬菌體工程技術(shù)。

在這項研究中，作者提出了一種合成具有 68 kb 基因組的大腸桿菌 O157 特異性噬菌體的體外方法。高效的噬菌體合成方法使靶向噬菌體可用于各種應(yīng)用，包括針對耐藥細(xì)菌的治療。我們使用噬菌體進(jìn)行了一項概念驗證研究，以檢測表達(dá)其靶受體的細(xì)菌。通過檢測標(biāo)簽插入位點的比較，作者展示了一種基于合成標(biāo)記噬菌體的快速且超靈敏的大腸桿菌 O157 檢測系統(tǒng)?；诤铣墒删w的檢測方法可以擴(kuò)展到其他病原菌，從而可以同時監(jiān)測和檢測各種病原菌。

圖 1 體外合成示意圖

注：O157_vB噬菌體合成的圖示。從噬菌體基因組中擴(kuò)增出具有重疊區(qū)域的DNA片段，并在體外進(jìn)行組裝。將組裝好的產(chǎn)品電穿孔到大腸桿菌HST08中。噬菌體最終在細(xì)菌內(nèi)部重新啟動，并通過感染平板前添加到樣品中的大腸桿菌O157進(jìn)行繁殖。b所使用的11個氨基酸肽（HiBiT）標(biāo)簽和DNA片段的插入位點的圖示。使用含有HiBiT序列的PCR引物在gp37（次要衣殼蛋白）或gp64（裂解酶）的C末端產(chǎn)生具有HiBiT標(biāo)簽的O157_vB噬菌體。每個樣品制備八個碎片。比例尺表示1kb。c評估天然和HiBiT標(biāo)記的O157_vB噬菌體對18株大腸桿菌菌株的裂解活性。

結(jié)論：本研究開發(fā)的基于 HiBiT 標(biāo)記的噬菌體檢測方法在檢測時間方面優(yōu)于基于培養(yǎng)的方法。與基于 PCR 的檢測不同，它可以輕松直接地進(jìn)行檢測，并區(qū)分活細(xì)胞和死細(xì)胞。此外，與噬菌體顆粒吸附或基于熒光標(biāo)記的噬菌體檢測方法相比，它的準(zhǔn)確性更高，并且比基于報告基因噬菌體的檢測更容易執(zhí)行。這些快速準(zhǔn)確的大腸桿菌 O157 檢測方法可以擴(kuò)展到其他病原菌，從而有可能同時監(jiān)測和檢測各種食源性病原體和病原菌。最后，我們描述的噬菌體合成方法可用于耐藥細(xì)菌和難治性感染的合成噬菌體療法。其合成時間短，也可用于檢測新出現(xiàn)的細(xì)菌感染。

參考來源：Tamura A, Azam AH, Nakamura T, Lee K, Iyoda S, Kondo K, Ojima S, Chihara K, Yamashita W, Cui L, Akeda Y, Watashi K, Takahashi Y, Yotsuyanagi H, Kiga K. Synthetic phage-based approach for sensitive and specific detection of Escherichia coli O157. Commun Biol. 2024 May 6;7(1):535. doi: 10.1038/s42003-024-06247-w. PMID: 38710842; PMCID: PMC11074155.

來源：微生物安全與健康網(wǎng)，作者~翟慧潺。