基于LAMP-PfAgo的一管式生物传感器在食品安全中实现金黄色葡萄球菌的超灵敏快速检测

本研究针对金黄色葡萄球菌(S. aureus)传统检测方法耗时、复杂且成本高的问题，开发了一种结合环介导等温扩增(LAMP)和激烈火球菌Argonaute(PfAgo)的一管式核酸检测传感器。该传感器以nuc基因为靶点，可在48分钟内完成检测，对菌液和质粒的检测限分别达到10° CFU/mL和10-5 ng/μL，显著提高了检测效率和特异性，为食品安全现场快速检测提供了创新解决方案。

　　

在全球化食品供应链时代，食源性疾病的爆发已成为重大公共卫生挑战。其中，金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)作为最常见的食源性病原体之一，其产生的耐热肠毒素可引起严重的胃肠道疾病，甚至导致败血症和脑膜炎等危及生命的并发症。传统检测方法包括细菌培养、免疫分析和核酸扩增技术等，虽然特异性较高，但普遍存在耗时长（24-48小时）、操作复杂、需要专业实验室设备以及成本较高等局限性，难以满足现场快速检测的迫切需求。

针对这些技术瓶颈，佳木斯大学口腔医学院的研究团队在《Journal of Future Foods》上发表了一项创新研究成果，开发了一种将环介导等温扩增(Loop-mediated isothermal amplification, LAMP)技术与激烈火球菌Argonaute(Pyrococcus furiosus Argonaute, PfAgo)相结合的一管式生物传感器，实现了对金黄色葡萄球菌的快速、超灵敏检测。

研究人员采用的多技术整合策略包括：首先通过生物信息学方法针对金黄色葡萄球菌的特异性nuc基因设计LAMP引物组；利用PfAgo蛋白的核酸引导切割特性建立荧光检测系统；优化一管式反应体系实现扩增与检测的无缝衔接；采用人工污染食品样本（包括牛奶、果汁和牛肉）进行实际应用验证；最后通过荧光定量分析和统计学处理确保结果的可靠性。

在结果部分，研究团队通过系统性的实验验证了检测体系的各项性能：

3.1. 检测机制建立

研究成功设计了16核苷酸长度的5'-磷酸化引导DNA(gDNA)，可与PfAgo形成复合物，特异性识别并切割目标单链DNA，通过二级切割反应激活荧光信号，建立了完整的检测原理框架。

3.2. LAMP引物和gDNA筛选

通过凝胶电泳和荧光强度分析，从4组引物组合中筛选出Primer1作为最优扩增引物，同时确定了gDNA3和gDNA4组合能够产生最强的荧光信号，为高效检测奠定了基础。

3.3. 一管式传感器检测性能

可行性实验证实，该传感器对10⁴ CFU/mL浓度的金黄色葡萄球菌能够产生显著荧光信号，检测结果可通过蓝光LED和紫外灯直接肉眼观察，且整个反应过程无需开盖操作，有效避免了气溶胶污染。

3.4. gDNA和PfAgo优化

通过浓度梯度实验确定最佳反应条件为0.5μL gDNA和5个冻干PfAgo球，为检测体系的高效运行提供了最优参数配置。

3.5. 特异性和灵敏度评估

该传感器对8种常见食源性病原体显示出色特异性，仅对金黄色葡萄球菌产生响应。灵敏度测试表明，对质粒和菌液的检测限分别达到10^-5 ng/μL和10° CFU/mL，展现了极高的检测灵敏度。

3.6. 食品样本实际应用

在人工污染的牛奶、果汁和牛肉样本中，传感器均能有效检出金黄色葡萄球菌，荧光信号与阴性样本存在显著差异，证明了其在真实食品基质中的实用性和可靠性。

讨论部分深入分析了该研究的科学意义和应用价值。与传统方法相比，LAMP-PfAgo一管式传感器不仅大幅缩短了检测时间（从传统方法的24-48小时缩短至48分钟），还通过无需复杂仪器和专业操作人员的优势，降低了检测门槛和成本。PfAgo蛋白的高热稳定性和无需PAM序列的特点，赋予了检测系统更好的适应性和灵活性。一管式设计有效避免了操作过程中的交叉污染，特别适合现场快速检测场景。

该研究的成功不仅为金黄色葡萄球菌的检测提供了创新解决方案，其模块化设计理念更为多重病原体同时检测提供了技术框架。通过更换特异性引物和gDNA序列，该平台可扩展至其他食源性病原体的检测，在食品安全监测、临床诊断和疫情防控等领域具有广阔的应用前景。

尽管该技术在实际应用中仍面临样本基质抑制效应等挑战，需要进一步开发有效的样本前处理方法，但这项研究无疑为快速、现场化的病原体检测提供了新的技术范式，对保障食品安全和公共卫生安全具有重要意义。