荧光定量PCR检测食品中沙门氏菌研究
实时荧光定量PCR技术(FQ-PCR)实现了PCR从定性到定量的飞跃,可对目标DNA分子起始拷贝数精确定量。因其检测方法精确、灵敏、污染途径少,已成为国际公认的核酸分子定量的标准方法,在食品中安全微生物的鉴定也有重要应用[1]。沙门氏菌是引起食物中毒最为常见的致病菌,因此,建立食品中沙门氏菌中荧光定量PCR检测方法有重要的研究意义。材料与方法 1菌株:鼠伤寒沙门氏菌(C77-31)有中科院微生物所提供,肉类、奶制品等产品均购于农产品市场。2主要试剂和设备:DNA提取试剂购买于美国Invitrogen公司;Taq酶和缓冲液购买于日本TaKara;opction2荧光定量PCR购买于美国MJ公司;超速离心机购买于Eppendorf;细菌鉴定仪;所用的常规试剂均为分析纯,购买于国药化学试剂有限公司;方法,将标准菌株在XLD、三糖铁斜面和肉汤培养基上培养,从肉汤培养基中取一定量的菌液装入EP管中,离心,去上清,加入双蒸水,沸水浴、冰水浴,离心,取上清。食品样品采用沙门氏菌国标检测法(GB 4789.4-2010)中BPW前增菌之后的培养液装入EP管中,进行相同的操作。引物探针设计,在NCBI上搜索到目的基因,找到该基因的mRNA,在CDS选项中,找到编码区所在位置,在下面的origin中,Copy该编码序列作为软件查询序列的候选对象,然后用PrimerPremier5搜索引物和用Oligo验证评估引物。经过筛选进行特异性和灵敏度的实验。
表1 引物和探针序列
名称 序列 位置 Tm值(℃)
上游引物 CCCCTTTTCAATCCACAAA 450-473 57.2
下游引物 CCCCTTTTCAATCC 502-530 58.6
探针 FAM-AAACGTACCGCTGCA 66.3
实时荧光PCR反应体系与反应条件
分别考察了不同Taq酶用量,Mg2+浓度、引物浓度和探针浓度对所提取的核酸进行扩增的影响。同时对循环条件也进行了优化。灵敏度实验,将沙门氏菌按照上述的培养条件进行培养,测量OD后估算菌数,然后稀释、涂板确定菌密度,然后用荧光定量PCR进行检测。
特异性实验,将沙门氏菌与其他的食品致病菌共同进行特异性实验,做阳性对照实验并用国标法进行验证。
结果与分析
反应体系的优化 1Taq酶的优化,考察了不同的酶量(0.5至2.5U,每个梯度为0.5)对阳性模板的Ct值的影响,阳性模板Ct值为23.1-23.95之间变化,其影响并不大,当酶量为2.5U时,整个反应体系的荧光量最高。2Mg2+浓度的有优化,从表2中可以看出,不同的Mg2+浓度对阳性模板的Ct的影响并不大,当酶量为3.5U时,整个反应体系的荧光量最高,因此,后续实验也选用该浓度作为最佳浓度。
表2 Mg2+浓度对阳性模板的Ct值的影响
1.25mmol/L 2.0mmol/L 2.75mmol/L 3.5mmol/L
Ct值 24.05 24.25 25.25 26.21
3引物探针量的优化,分别选择了引物浓度0.25,0.5,0.75和1.0µmol/L,探针的浓度分别为0.125,0.5,0.75和1.0µmol/L,并以不同的浓度的引物和探针浓度配比,对提取的核酸进行PCR扩增。研究结果表明当引物浓度为0.75µmol/L,探针浓度为0.5µmol/L时荧光效率最高,因此,该浓度作为最佳条件。4循环条件的优化,在第一轮循环前,在94℃下变性5-10min非常重要,它可使模板DNA完全解链。退火是PCR的一个关键参数。在理想状态下,退火温度足够低,以保证引物同目的序列有效退火,同时还要足够高,以减少非特异性结合。实际上,引物延伸在退火时即已开始,因为TaqDNA聚合酶的作用温度范围可从20℃-85℃,延伸反应时间的长短取决于目的序列的长度和浓度[3]。从表4中可以看出延伸时温度为60℃较好。
表3 循环条件的优化
变性 退火 延伸 循环次数 Ct值
条件1 95℃,2min 95℃,5s 60℃,40s 40 26.74
条件2 95℃,2min 95℃,5s 55℃,10s 40 25.47
特异性检测
对50份食品分别按照荧光定量PCR、国标法对沙门氏菌进行检测,荧光定量PCR的阳性数为9,国标法为8,其阳性率分别为18%和16%。虽然两种方法的差异并不显著,但是荧光定量PCR检出数相对偏高,检测时间上大大降低。这是由于荧光定量PCR使用特异性探针对定量分子进行识别,具有很高的准确性。同时,靶序列由引物和探针双重控制,特异性好、假阳性低。灵敏度检测,荧光PCR检测技术是综合了PCR技术、荧光标记技术、激光技术、数码显象技术为一体的技术,因此它的检测灵敏度很高。按Ct值不大于35.0判断为阳性,建立的方法检测灵敏度可达100CFU/ml。
表4 各浓度荧光定量PCR的检测结果
106 105 104 103 102 50
Ct值 22.12 24.01 28.12 31.12 34.25 37.12
通过对荧光定量PCR的反应条件和循环体系条件进行优化,本研究建立的荧光定量PCR检测方法特异性和灵敏度都较高,克服了普通PCR的缺点,为食品中致病微生物的定量研究提供了理论和实践的借鉴意义。
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