基于荧光纳米生物传感器的嗜酸耐热菌适配体筛选与理性设计及其在果汁检测中的应用

针对果汁饮料中嗜酸耐热菌（A. acidoterrestris）污染导致的腐败问题，研究人员通过Cell-SELEX技术筛选出高亲和力适配体Apt-2s（Kd=3.859±0.998 nM），结合质谱与分子对接阐明其与菌体表面蛋白的互作机制，并构建基于银纳米簇/氮化碳纳米片（AgNCs/CNNS）的荧光传感平台，实现1.85×102 CFU/mL的检测限，为饮料行业提供快速灵敏的检测方案。

　　

酸性果汁饮料的腐败问题一直是困扰食品工业的难题，其中嗜酸耐热菌（Alicyclobacillus acidoterrestris, A. acidoterrestris）是主要元凶。这种细菌能在pH 2-6和20-60°C的极端环境下存活，其代谢产物如愈创木酚（guaiacol）即使浓度低至0.02 mg/L也会引发果汁异味和沉淀。传统检测方法如平板计数、GC-MS等存在耗时长、设备依赖性强等缺陷，而现有适配体研究多忽略活菌检测和结合机制解析。为此，河北农业大学的研究团队在《Talanta》发表研究，通过多学科交叉技术开发了一种新型荧光纳米生物传感器。

研究团队采用Cell-SELEX（指数富集配体系统进化技术）筛选适配体，结合高通量测序和分子对接分析，最终构建了基于适配体修饰的银纳米簇/氮化碳纳米片（Apt-AgNCs/CNNS）传感平台。实验使用真实果汁样本验证性能，并通过质谱鉴定了菌体表面互作蛋白。

研究结果

1. 适配体筛选与优化
   通过11轮Cell-SELEX从初始文库中富集出特异性适配体，经截短优化获得25 nt的Apt-2s，其解离常数（Kd）达纳摩尔级（3.859±0.998 nM）。研究发现其多胞嘧啶区域与菌体表面蛋白的极性氨基酸通过氢键结合。

2. 靶标蛋白鉴定
   利用适配体功能化磁珠分离出两种表面层结合蛋白，质谱分析结合分子 docking 揭示其与适配体的相互作用位点，为后续理性设计提供结构基础。

3. 荧光传感平台构建
   基于AgNCs在富胞嘧啶序列中的荧光增强效应，以及CNNS对ssDNA的选择性吸附和荧光猝灭（PET效应），开发了"信号开关"型传感器。当Apt-2s识别菌体时，AgNCs从CNNS解离恢复荧光，实现1.85×10² CFU/mL的超敏检测。

结论与意义
该研究不仅提供了迄今报道的最短A. acidoterrestris适配体Apt-2s，更创新性地将适配体筛选、靶标蛋白鉴定与纳米材料传感相结合。所开发的Apt-AgNCs/CNNS平台在果汁样本中展现出优异的抗干扰能力，较传统方法提速8倍以上，为食品工业现场检测提供了新范式。研究首次解析了适配体-表面蛋白互作网络，为其他食源性病原体检测研究提供了方法论参考。