基于 DNAzyme 的比色生物传感器快速检测福氏志贺菌：守护食品安全与公众健康新利器

福氏志贺菌（Shigella flexneri）严重威胁公众健康，传统检测方法耗时、不便。研究人员开发基于 HGD - 适配体（HGD-aptamer）和单壁碳纳米管（SWCNT）的比色检测法。该方法检测限达 51 CFU/mL，特异性好，有望改善食品安全监测等。

　　在食品安全与公共卫生领域，食源性病原体一直是全球健康的重大威胁。福氏志贺菌作为其中的 “狠角色”，是一种革兰氏阴性菌，能引发严重的细菌性痢疾，主要通过受污染的食物或水传播。它会侵袭人体的结肠和回肠，导致全身炎症，尤其对五岁以下儿童危害极大。据统计，福氏志贺菌在全球细菌性痢疾病例中占比高达 60%，病死率也相对较高。

目前，传统的福氏志贺菌检测方法，如基于培养、免疫学和核酸探针的技术，存在诸多弊端。这些方法往往耗时久，需要大量人力，而且灵敏度有限，这使得及时发现并控制疫情变得困难重重。因此，开发一种快速、准确、便捷的检测方法迫在眉睫。

来自 SRM 科学技术学院遗传工程系分子遗传学实验室的研究人员 Manikandan Murugan、Elangovan Saranya 和 Mohandass Ramya 为此展开了深入研究。他们成功开发出一种基于 DNAzyme 的比色生物传感器，用于快速检测福氏志贺菌。该研究成果发表在《Scientific Reports》上，为食源性病原体检测和公共卫生保障提供了新的有力工具。

在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。首先，通过生物信息学工具，如 mFold 软件、3D RNA/DNA 服务器和 HDOCK，对 HGD-aptamer 进行设计和结构分析，以确保其能特异性识别福氏志贺菌。其次，利用傅里叶变换红外光谱（FTIR）和拉曼光谱对功能化的单壁碳纳米管（SWCNT-COOH）进行表征。最后，采用流式细胞术分析 HGD-aptamer 与福氏志贺菌的结合亲和力，并通过比色检测法评估检测方法的灵敏度、特异性等性能。

下面来看具体的研究结果：

• HGD-aptamer 的设计：利用 mFold 软件预测 HGD-aptamer 的二级结构，其 ΔG 值为 -1.99 kcal/mol，Tm 为 47 °C ，表明该结构稳定。通过 3D RNA/DNA 服务器预测其三维构象，发现能与福氏志贺菌特异性结合。HDOCK 虚拟结合分析显示，HGD-aptamer 与福氏志贺菌外膜蛋白 LptD 的结合亲和力最高，对接分数达 -343.83 kcal/mol。
• HGD-aptamer 结合亲和力分析：FAM-HGD-aptamer 与福氏志贺菌结合的荧光强度随 aptamer 浓度增加而增强，结合饱和曲线分析得出解离常数（K_d）为 230.63 nM 。虽然结合亲和力相对较低，但荧光显微镜图像显示 FAM-HGD-aptamer 能有效结合福氏志贺菌。
• SWCNT 的功能化和表征：FTIR 光谱在 1633 cm^-1和 3244 cm^-1处的特征峰证实了 SWCNT-COOH 中羧基的存在。拉曼光谱中，D 带（~1328 cm^-1 ）、G 带（~1601 cm^-1 ）、G’带（~2700 cm^-1 ）和 RBM 峰（~162 cm^-1 ）的出现，表明 SWCNT 成功功能化且结构发生相应变化。zeta 电位分析表明 HGD-aptamer 能有效包裹 SWCNT-COOH。
• 基于 HGD-aptamer 的福氏志贺菌检测：该检测方法基于目标诱导的 DNAzyme 活性产生比色信号。当福氏志贺菌存在时，HGD-aptamer 从 SWCNT 上解绕并与细菌结合，激活 DNAzyme 的过氧化物酶活性，将无色的 ABTS 氧化为蓝绿色产物，在 420 nm 处有吸收峰；而不含福氏志贺菌的对照样本无此信号。
• 检测方法的灵敏度、特异性和稳定性：通过系列稀释福氏志贺菌培养物进行灵敏度测试，该检测方法的线性响应良好（y = 0.1602x + 0.1665，R² = 0.9192 ），检测限（LOD）为 51 CFU/mL。特异性测试显示，该方法对其他非特异性细菌无明显比色信号。HGD-aptamer 在 -20 °C 或 4 °C 储存时稳定性良好，但室温储存会导致浓度下降。
• 与 PCR 分析的验证：将 HGD-aptamer 检测方法与 PCR 检测进行比较，PCR 能检测到 10⁶ CFU/mL 的福氏志贺菌，而 HGD-aptamer 检测方法在检测低浓度细菌样本时更具优势，且二者在检测实际食品样本时结果无显著差异。
• 食品样本中福氏志贺菌的实时检测：对当地市场采集的鱼、虾和鸡肉样本进行检测，HGD-aptamer 检测法能在稀释后的样本中检测到一定浓度的福氏志贺菌，且与 PCR 检测结果基本相符。在 50 个实际食品样本检测中，HGD-aptamer 检测法和 PCR 分别检测出 3 个和 4 个阳性样本。

研究结论和讨论部分指出，该研究成功开发了一种基于 HGD-aptamer 和 SWCNT 的快速比色检测方法，用于检测福氏志贺菌。该方法具有灵敏度高、特异性强、成本低等优点，无需复杂仪器，可直接用于食品样本检测，避免了繁琐的预处理步骤。与其他检测方法相比，如荧光适配体传感器和 PCR，该方法在检测低浓度细菌样本时表现更优。此外，该技术还可应用于微流控纸基分析设备（μ-PADs），实现多重复合检测。这一研究成果为食品安全监测、环境监测和公共卫生防控提供了重要的技术支持，有望在相关领域得到广泛应用，从而有效降低福氏志贺菌感染风险，保障公众健康。