基于蛋白G定向固定抗体的表面等离子体共振技术显著提升志贺毒素检测灵敏度研究

本研究针对志贺毒素(Stx)传统检测方法灵敏度不足的问题，通过优化表面等离子体共振(SPR)生物传感器设计，系统比较了蛋白G介导的定向固定与共价非定向固定两种抗体固定策略。研究发现蛋白G定向固定使检测限(LOD)降低2.9倍至9.8 ng/mL，结合亲和力(KD)提升2.3倍至16 nM，保留了63%的天然结合效率，为临床诊断和食品安全提供了更灵敏的快速检测方案。

　　

志贺毒素(Stx)作为志贺痢疾杆菌和肠出血性大肠杆菌(EHEC)的关键毒力因子，可引发血性腹泻和溶血性尿毒综合征，传统检测方法如ELISA和PCR存在耗时长、灵敏度低等局限。德黑兰大学与巴吉亚塔拉医科大学联合团队在《Scientific Reports》发表研究，创新性地采用表面等离子体共振(SPR)技术，通过优化抗体固定策略实现了毒素检测的突破性进展。

研究采用双通道SPR系统，核心方法包括：11-巯基十一烷酸(11-MUA)自组装单分子层(SAM)修饰金芯片表面，比较EDC/NHS介导的共价固定与蛋白G定向固定抗体的效果；通过实时监测共振单位(RU)变化分析Stxb抗原结合动力学；采用Langmuir等温模型计算KD和B_max参数，以3.3σ/s公式确定LOD。

在"Immobilization of Shiga toxin antibodies"部分，研究发现40 μg/mL为最佳抗体浓度，共价固定导致KD达37 nM。而"Oriented immobilization using protein G"实验显示，蛋白G通过Fc区定向固定抗体，使KD降至16 nM，较共价法提升57%亲和力。"Direct detection Shiga toxin method"证实定向固定使LOD从28 ng/mL降至9.8 ng/mL，较ELISA标准提升9倍。特异性测试显示对BSA等对照蛋白的交叉反应<10 m°，而Stxb信号达22 m°。

关键发现体现在"Interaction of anti-Stxb with immobilized Stxb"实验：游离抗体KD为10 nM，定向固定保留63%结合效率，而共价固定仅保留27%。这表明蛋白G通过(1)最大化互补位可及性、(2)减少空间位阻、(3)维持结合域功能，显著优于传统方法。讨论部分指出，该技术特别适合资源有限地区的快速检测，其9.8 ng/mL的LOD优于文献报道的LSPR(10 ng/mL)和SPRi(50 ng/mL)等方法。

这项研究不仅建立了SPR检测Stx的标准化框架，更通过蛋白G定向固定策略的创新应用，为生物传感器设计提供了普适性优化方案。其意义在于：(1)首次量化比较不同固定策略对抗体功能的影响；(2)证实定向固定可使检测灵敏度接近理论极限；(3)为多重毒素检测奠定了基础。该成果由Zahra Karbalaee等完成，相关技术已具备临床转化潜力，有望革新食源性疾病监测体系。