《Food Control》：Electrochemical impedance spectroscopy biosensor based on the tail fiber protein RBP53 of bacteriophage for rapid and specific detection of
Salmonella in food
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•通过噬菌体尾部纤维蛋白RBP53构建了沙门氏菌电化学阻抗谱（EIS）生物传感器。•GDE-AuNPs-Cys-RBP53传感器表现出对沙门氏菌快速、特异性的检测能力。•在鸡肉、叶类蔬菜和湖水样本中实现了高定量保真度。引言作为全球范围内主要的食源性病原体之一，沙门氏菌因其在动
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通过噬菌体尾部纤维蛋白RBP53构建了沙门氏菌电化学阻抗谱（EIS）生物传感器。
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GDE-AuNPs-Cys-RBP53传感器表现出对沙门氏菌快速、特异性的检测能力。
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在鸡肉、叶类蔬菜和湖水样本中实现了高定量保真度。
引言
作为全球范围内主要的食源性病原体之一，沙门氏菌因其在动物源性食品、新鲜农产品、水环境及食品加工链中的广泛存在，对食品安全构成了重大威胁（Galán-Rela?o 等，2023）。沙门氏菌具有广泛的宿主范围、复杂的传播动态以及隐蔽性污染特征，一旦进入食品供应链，极易引发大规模的食源性疾病暴发（Pal 等，2024；Galán，2021）。因此，亟需开发一种兼具高特异性、超高灵敏度、快速检测时间和强基质耐受性的沙门氏菌检测方法。该方法的建立对于保障食品安全、开展环境风险评估以及对疑似污染样品进行早期预警具有关键意义。
目前，沙门氏菌的快速检测主要依赖分子生物学和免疫学方法。分子检测方法（如PCR、qPCR和LAMP）具有优异的灵敏度和特异性，但其依赖复杂的核酸提取、热扩增过程和昂贵仪器，限制了其在现场即时检测中的应用（Patel 等，2024；Skenndri 等，2025）。免疫学方法（如ELISA）更为简便易行，但存在抗体制备周期长、成本高的问题，且在复杂食品基质中极易受到非特异性吸附和基质效应的干扰（Zhang 等，2025）。为突破上述瓶颈，电化学生物传感器通过将生物识别事件转换为可测量的电信号，提供了一种高效的策略（Mahari & Gandhi，2022；Zambry 等，2022）。其中，电化学阻抗谱（EIS）在病原体检测领域获得了广泛关注。由于其对界面变化的优异敏感性，EIS成为非破坏性、动态监测细菌黏附、生物受体组装以及界面电子转移行为的理想技术（Liu 等，2022；Zhang 等，2025；Chen 等，2023）。
噬菌体作为能够特异性识别细菌的组分，在传感器应用中发挥着重要作用，并在病原菌快速检测领域展现出广阔前景（Al-Hindi 等，2022；Ahovan 等，2020）。然而，噬菌体的应用仍面临一些挑战，主要涉及噬菌体对宿主细菌的裂解活性以及噬菌体在传感器中固定化的无序性，两者均可能影响传感器的稳定性和检测准确性。噬菌体感染的主要决定因素是受体结合蛋白（RBPs）的亲和力，尤其是尾部纤维和尾部尖刺蛋白（TSPs）与细菌宿主表面的结合能力。噬菌体RBP已进化为能够识别细菌细胞表面多种结构，包括蛋白质复合物（如孔蛋白和鞭毛）、磷壁酸、脂多糖（LPS）和荚膜多糖（Filik 等，2022；Mourosi 等，2022）。RBP固有的宿主特异性奠定了其在多种细菌诊断中的应用基础，包括已建立的李斯特菌、沙门氏菌和假单胞菌的检测方法。LPS是噬菌体最常被利用的受体之一，具有丰富的表面结构。例如，大肠杆菌噬菌体T4的尾部纤维在宿主吸附过程中与LPS核心结合，而大肠杆菌噬菌体G7C、HK620和CBA120主要通过TSP进行降解（Chen 等，2014；Li 等，2020）。一般来说，携带TSP的噬菌体宿主范围较窄，部分噬菌体拥有多个TSP或尾部纤维以扩展其宿主范围。大肠杆菌噬菌体CBA120拥有四种TSP，对不同大肠杆菌菌株和沙门氏菌属具有特异性识别能力。噬菌体SP6和K1-5拥有两种可逆性TSP，可实现替代性宿主识别（Gao 等，2025）。
近年来，噬菌体来源的受体结合蛋白——包括尾部纤维、尾部尖刺及其末端结构域——已发展成为病原体检测的高特异性生物识别探针（Braun 等，2021；Campuzano 等，2024）。与完整噬菌体相比，RBP具有多项分析优势：分子组成明确、固定化可控性高以及传感机制简单（Campuzano 等，2024）。关键在于，通过合理的界面设计将RBP稳定锚定在电极表面，具有克服复杂食品和环境中基质干扰的巨大潜力，从而显著提高生物传感器的特异性、稳健性和实际应用价值（Liu 等，2024）。
本研究通过基因组分析从沙门氏菌噬菌体L66中鉴定出尾部纤维蛋白RBP53，并将其作为新型生物识别元件进行探索。在大肠杆菌中实现了重组RBP53的表达、纯化及分子水平验证（通过SDS-PAGE和Western blot），并通过ELISA确认了其特异性宿主结合活性。随后，通过AuNPs和半胱胺自组装单层（SAM）将RBP53锚定在金电极上，构建了阻抗传感平台。经系统化优化界面参数（如AuNPs负载量、组装/孵育时间以及封闭条件）后，对传感器进行了严格评估。结果表明，该传感器在混合菌培养中具有优异的特异性，并可在实际食品和环境样本中对沙门氏菌进行快速检测且回收率准确。
章节摘要
材料
BCA蛋白测定试剂盒购自默克生命科学（德国达姆施塔特）。蛋白质纯化和免疫检测试剂，包括SuperSignal West Pico底物、HisPur Ni-NTA树脂、6×His标签单克隆抗体、抗小鼠IgG交叉吸附二抗以及Co-Talon金属亲和树脂，均购自Thermo Fisher Scientific（美国马萨诸塞州沃尔瑟姆）。分子生物学试剂，包括DNA marker、限制性内切酶和T4 DNA连接酶等
噬菌体L66尾部纤维蛋白RBP53的表达、纯化及活性验证
生物信息学分析表明，噬菌体L66尾部纤维蛋白RBP53（68.87 kDa）是一种稳定的亲水性蛋白，与沙门氏菌噬菌体尾部尖刺蛋白具有高度同源性（图S1）。结构预测显示其具有以β折叠为主的经典三聚体构型，包含N端基板锚定结构域（TSP1/Gp66样）和可变C端受体结合结构域（图S2，表S1）。该结构从理论上验证了RBP53作为特异性
讨论
近年来，噬菌体因其对宿主细菌的高度特异性识别能力，被视为抗生素的潜在替代品，在病原菌的检测和控制领域展现出广阔的应用前景（Kushwaha 等，2024）。EIS技术凭借高灵敏度、快速检测速度、低检测限和强特异性等优势，已被广泛应用于疾病诊断和病原体检测（Zhang 等，2025）。然而，尽管
结论
本研究通过噬菌体L66的生物信息学分析，鉴定出尾部纤维蛋白RBP53作为受体结合蛋白，并在大肠杆菌中实现了其异源表达和纯化。RBP53由643个氨基酸组成，其预测结构具有特征性的N端稳定结构域和C端宿主识别结构域，采用三聚体构象。该蛋白对多种沙门氏菌菌株表现出稳健的识别能力，同时对
CRediT作者贡献声明
杨晓悦：调查研究。田丹丹：撰写——初稿，概念构思。李昌斌：撰写——初稿，方法论，调查研究，概念构思。张伟：撰写——初稿，方法论，调查研究。徐美娟：指导监督，概念构思。邹建：资金获取，概念构思
未被引用的参考文献
López-Marzo and Mas-Torrent，2024；Wang 等，2016；Zhang 等，2025。
致谢
本研究得到以下项目的资助：河南省重点研发计划（251111113000）；河南省科技计划项目（262102111044）；河南省高校重点科学研究项目（24A550009）；河南省高校创新团队（26IRTSTHN009）以及博士研究启动基金（2023HNUAHEDF016）。
李昌斌|张伟|杨晓悦|田丹丹|徐美娟|邹建
