《食品科学》:成都市食品检验研究院张彪高级工程师:基于多酶恒温快速扩增-侧向流层析联用技术的肉制品真实性研究

健康   2024-11-20 19:06   北京  

食品真实性以实现消费信任为目标,防止掺假与欺诈,保证食品的安全与可靠,是全球食品安全领域的新热点,是当前食品安全监管领域的重点、难点。随着科技的发展,肉制品真实性检测方法越来越多样化,基于核酸扩增技术的聚合酶链式反应(PCR)、实时荧光PCR等技术可以从样品中检测出痕量目标分子,具有灵敏特异等诸多优势,已经成为食品真实性研究的一个基本和必要的技术手段,并在检测领域中广泛应用多酶恒温快速扩增(MIRA)技术是在重组酶聚合酶扩增(RPA)技术的基础上发展起来的一种多酶恒温核酸快速扩增方法

为了提高肉制品真实性检测方法的可操作性,建立建全肉制品真实性检测的快检方法,成都市食品检验研究院的尚柯张彪*张敏等针对肉制品建立了牛、羊、猪、鸡、鸭专属性MIRA-LFD(多酶恒温快速扩增-封闭式侧向流层析)检测方法,以期为监管部门提供肉制品真实性现场快检技术手段。

01

引物探针设计结果


本方法选取被广泛应用于物种鉴别的线粒体基因细胞色素氧化酶bCyt b)基因、线粒体细胞色素c氧化酶I亚基(Cox I)和线粒体DNA 12S rRNA12S)作为靶基团,在GenBank数据库中选择牛(GU249568.1)、猪(X56295)、羊(AF010406)、鸡(MT800504.1)、鸭(U59666.1)的基因序列进行引物和探针的设计(表4)。

在引物设计时,选择碱基排布随机性高、GC相对含量在30%70%之间的引物序列,并且在下游引物的5端标记biotin修饰基团;对于MIRA法的探针序列,应避免回文序列、内部二级结构和连续的重复碱基,长度一般在4652 nt,在5端修饰一个FAM标记,在距5端约30 nt序列位置上标记一个dSpacer(四氢呋喃)作为nfo(核酸内切酶)的识别位点,另外THF距离3末端约15 nt,并且3末端标记一个C3 spacer修饰基团。根据物种序列比对结果,结合MIRA引物探针设计原则,对牛、羊、猪、鸡、鸭的引物和探针序列进行高级结构分析比对,以确保其高度的特异性,防止出现二聚体、茎环及发卡等影响检测效率的结构,共设计22 条正向引物、23 条反向引物、条探针。

02

引物探针筛选结果



2.1 阳性对照筛选研究

根据74 对引物与试剂盒配套阳性对照结果(以鸭源性检测为例,见图2),70 对引物组合阳性对照均出现条带(除N1N4),但其中D3组合和D6组合空白对照结果出现明显引物二聚体,因此筛选其他引物组合与相应的探针进行后续实验。


2.2 空白对照筛选研究

96 对引物探针空白对照筛选结果表明(以牛源性检测为例,见图3),33 对引物探针组合空白对照未出现T线,表明未出现非特异结合;其余63 对引物探针均出现T线,因此选择33 对未出现T线的引物探针组合进行后续实验。


2.3 阴性对照筛选研究

根据33 对引物探针阴性对照结果(以猪源性检测部分结果为例,见图4),对引物探针组合(分别为牛源性F3R1P1、猪源性F3R4P2、羊源性F3R3P、鸡源性BF3BR3BP和鸭源性BF2BR2BP)结果最为理想,无非特异结合现象。
在此基础上,分别对对引物探针组合增加阴性对照物种数,进一步考察这对引物探针组合的特异性,MIRA-LFD结果见图5

实验筛选出的5 对引物探针组合在牛、羊、猪、鸡、鸭、鹅、狐狸、貂、猫和海狸鼠为阴性(其中包括引物探针对应的阳性情况)表现出良好的特异性,未出现明显的非特异性结合,因此将这5 种组合(牛源性F3R1P1、猪源性F3R4P2、羊源性F3R3P、鸡源性BF3BR3BP和鸭源性BF2BR2BP)作为该项目检测牛、羊、猪、鸡和鸭源性体系的引物探针组合。

03

MIRA-LFD检测体系建立



3.1 反应体积筛选结果

根据图6结果显示,各组合C线均出现条带,组合2中CB、组合3中的YB、组合4中的YB和CB的检测线T线均出现明显条带,说明随着浓度增高,假阳性结果随之升高,因此选择最终确定的引物探针添加量为引物0.25 μL、探针0.075 μL。


3.2 反应温度筛选结果

根据图7结果显示,303740 ℃样品动物源性成分检测结果T线均出现明显条带,但在37 ℃条件下实验结果最好。40 ℃羊源性、猪源性、鸡源性样品空白对照T线均出现明显条带,说明出现了非特异性扩增情况。50 ℃条件下,T线条带均不明显,推测50 ℃影响了酶的活性。因此选择37 ℃作为MIRA-LFD反应的温度。


3.3 反应时间筛选结果

根据图8结果显示,随着反应时间的延长,MIRALFD检测体系中的非特异结合更易出现(图中空白对照结果)。因此选择5 min作为MIRA-LFD检测体系的反应时间。


3.4 检出限研究及方法建立

根据图9结果显示,荧光定量PCR均检出混合样品中的相应动物源性,并且不同稀释度之间呈良好的梯度,表明上述混样方法有效。根据图10结果显示,胶体金试纸条出现明显色差,证明可以通过胶体金颜色的深浅判断样品中是否含有相应的动物源性成分,其中牛源性成分的检出限为1%,羊源性成分的检出限为1%,猪源性成分的检出限为0.1%,鸡源性成分的检出限为0.1%,鸭源性成分的检出限为1%,所有方法的检出限均能达到1%。

根据以上筛选与研究,最终确定的MIRA-LFD反应体系及条件为:引物(10 μmol/L)各0.25 μL、探针(10 μmol/L)0.075 μL、A缓冲液29.4 μL、B缓冲液2.5 μL、模板DNA 1 μL,灭菌去离子水补足50 μL。37 ℃反应5 min,吸取10 μL反应液加入190 μL去离子水中,插入胶体金试纸,通过胶体金试纸直接判读结果。本方法的检出限为1%。

04

方法学考察结果



4.1 快提试剂盒与传统试剂盒比对

根据图11结果显示,本方法采用DNA快速提取方法与传统DNA提取方法结果一致,均检出相应的动物源性成分。

4.2 灵敏度考察结果

灵敏度考察结果见图12与表5。结果显示,本实验建立的牛、猪、羊、鸡、鸭方法的灵敏度分别为90%100%100%100%80%,平均灵敏度为94%


4.3 特异性考察结果

特异性考察结果见图13与表6。结果显示,本实验建立的牛、猪、羊、鸡、鸭方法的特异性均达到1%


4.4 假阳性率、假阴性率考察结果

假阳性率、假阴性率考察结果见表7。以表3实时荧PCR结果作为对比依据,结果显示,本实验建立的牛源性检测方法假阳性率为0%,假阴性率为2.56%;猪源性检测方法假阳性率为7.69%,假阴性率为5.13%;羊源性检测方法假阳性率为4.76%,假阴性率为0%;鸡源性检测方法假阳性率为0%,假阴性率为10%;鸭源性检测方法假阳性率为5%,假阴性率为0%;方法的平均假阳性率为3.49%,假阴性率为3.54%


结论


2006年研发出RPA技术以来,RPA技术发展极为迅速,在医疗诊断、农业、食品等方面的应用越来越广泛,本研究所涉及的MIRA法就以RPA技术为基础,在一定程度上优化了多酶条件下相关试剂的稳定性,更易于在实际检测中的应用。鉴于肉类掺假现象的出现,基于DNA的肉类鉴定方法已成为食品真实性鉴定的首选方法。
项目组建立了MIRA-LFD快速检测方法,本方法可在10 min内动物源性成分检测,方法的检出限可达1%;对建立的方法进行灵敏度考察、特异性考察、假阳性率、假阴性率考察,该试剂盒平均灵敏度为94%,特异性为1%,方法的平均假阳性率为3.49%、假阴性率为3.54%,均未超过20%,使用市售商业化DNA快速提取试剂进行比对,结果与传统DNA提取试剂盒一致,说明MIRA-LFD的多酶反应体系适用于DNA快速提取和常规提取方法。快速DNA提取方法在时效性、操作性和对实验人员危害性等方面明显优于现有DNA提取方法,在提高检测效率的同时为现场快速检测提供了一种解决方案,在现场检测中具有广阔的应用前景。项目承担单位组织中国检验检疫科学研究院农产品安全研究中心、天津海关植物与食品检测中心、成都海关技术中心家单位采用本项目研发的引物探针、胶体金试剂盒及操作说明,对提供的不同基质的样品进行了猪、牛、羊、鸡、鸭源性成分的灵敏度、特异性、假阳性率、假阴性率验证。联合验证的结果表明,该方法的平均灵敏度88%92%,特异性均达到1%,假阳性率9.70%14.51%,假阴性率6.56%14.54%。评价结果均为该试剂盒可靠有效。本研究开发了现场快速可视化检测肉制品中动物源性成分的方法,该方法特异性强、灵敏度高,同时大大缩短了检测时间,提高了检测效率,可用于现场的肉制品真实性鉴别。结果表明,该方法是一种高效、灵敏、特异、高实用性的动物源性成分鉴别方法,为肉制品的真实性鉴定和掺假提供了更加准确和科学的检测方法,为监管部门提供技术标准与检测依据,使基层实验室和现场真实性快检成为可能。

作者简介


通信作者:

张彪,硕士,高级工程师,成都市食品检验研究院生物检测研究所骨干。主要从事食品真实性检测、新方法研究、新产品开发工作。主持参与过多项国家科技支撑计划、总局方法开发/省部级项目、市级科技计划课题研究,科技成果共十余项;国内外期刊发表文章3 篇,申请发明专利10余项;参与发布国家食品补充检验方法2 项。


第一作者:

尚柯,硕士,高级工程师,成都市食品检验研究院生物检测研究所副所长。主要从事食品真实性检测及新方法研究、新产品开发工作,任中国食品科学技术学会食品真实性与溯源分会第二届委员会委员, TICA成都市检验检测认证协会特聘专家。主持参加过多项国家科技支撑计划、总局方法开发/省部级项目、市级科技计划课题研究,科技成果共十余项;国内外期刊发表文章7 篇,申请发明专利10余项;主持发布国家食品补充检验方法1 项,参与发布国家食品补充检验方法2 项。

本文《基于多酶恒温快速扩增-侧向流层析联用技术的肉制品真实性研究》来源于《食品科学》2024年45卷第8期1-12页,作者:尚柯, 张彪, 张敏, 等。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20230829-214。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

实习编辑:南伊;责任编辑:张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网

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