基因测序技术在食品安全检测中的应用

崔玉娟

（北京市延庆区疾病预防控制中心，北京 102100）

摘 要：基因测序技术是生物工程领域中的关键性技术，基于生物学研究进展，驱动基因程序技术快速发展，实现检测量层面的突破，有效降低了测序成本。基于消费者对食品安全的重视，相关检测部门将基因测序技术应用在食品安全检测中，发挥了检测技术作用，为食品安全检测提供了技术保障，进而为消费者提供了绿色、健康、安全的食品。

关键词：基因测序技术；食品安全；检测；应用

 

食品安全直接关系到消费者的身体健康情况，因此，为保证消费者的人身安全，保障消费者的权益，相关检测机构必须加大对食品安全检测工作的重视程度。

1 基因测序技术相关内容分析

1.1 第一代基因测序技术

第一代基因测序技术的技术原理采用的是Sanger提出的链终止法，在测定待测核酸片段序列过程中，向反应体系中加入一定比例的放射性同位素后，可利用DNA聚合酶与待测核酸对象相结合，直至掺入一种链终止核苷酸为止，最终得到的是一组长度相差一个碱基的链终止物；在产物支持下，以较高的分辨率进行排序，并经过凝胶处理后，使用X-光胶片放射自显影进行检测，最终可精准定位核酸片位置。其测序步骤主要有以下几个过程。①DNA碎片化。利用基因测序技术，可完整测定基因组，测定前对样品的DNA进行碎片化，并得到DNA片段。若测定单个目的基因序列，则不需要进行DNA碎片化操作。②PCR扩增及体外克隆。针对特定目的核酸片段的测序，需要对测序区域进行PCR扩增，针对DNA碎片化情况而言，需要将碎片化的DNA进行克隆，并将其连接到质粒载体中，进而保证被测序样品的纯度和浓度[1]。③ddNTP法循环测序。此种方法是将待测试样品中加入4中dNTP和ddNTP，进而可获取到不用位置匹配终止的序列。

第一代基因测序试技术的优势是检测准确性高，可称之为测序行业的“金标准”，具有经济成本优势，但其测序通量较低。第一代基因测序技术实现了对PCR基因产物的测序，获取到了目的基因序列；实现了对突变、插入及缺失克隆产物的验证；同时，支持对微生物和真菌的鉴定，提供病毒分型功能。

1.2 第二代基因测序技术

第二代基因测序技术属于高通量测序技术，掀起了测序技术革命，支持对几百万条核酸分子序列进行测定，为下一代基因测序技术提供了技术保障。经由技术人员不断研发和改进，实现测序技术进一步的创新。与第一代测序技术相比，其在通量上有所提高，并且单条序列成本较低，在实际应用第二代基因测序技术过程中，主要应用场景包括基因组测序、转录组测序、重测序，经济成本低廉。将第二代基因测序技术应用在食品安全检测领域中，发挥了显著的技术优势。

1.3 第三代基因测序技术

与第一代、第二代测序技术相比，第三代基因测序技术具有单分子测序特点，不需要对PCR进行扩增，支持测定无线长度的核酸序列。就第三代基因测序技术应用优势看，降低了单碱基错误率，实现对同一序列测序错误的纠正。同时，不存在测序的偏好性，不受回文序列的影响，弥补了二代测序技术缺陷，防止出现假阳性SNP位点。每个序列均能够进行对比，确保最终获得准确的变异位点和类型。第三代基因测序技术的优势是不必扩增PCR，不受人为因素干扰，超长读长，具有覆盖均匀性特征，可直接检测到甲基化信息。

1.4 宏基因组测序

宏基因组测序支持对单个微生物菌株的分离，基于环境中大量的微生物难以培养，在宏基因组支持下，对整个菌群中微生物群落结构、物种分类及基因功能进行界定，逐渐代替了单一的16S rDNA基因测序。将宏基因组测序应用在微生物群的组成和多样性检测中，发挥了重要的作用，更好地判别基因和环境之间的关系，有效分析了基因环境对微生物组的影响[2]。

1.5 宏转录组测序

基于测序技术水平的不断提升，实现了高通量测序技术目标，更好地表达了微生物基因通量，并将环境中的RNA作为研究对象，实现对特定环境样品的检验。有研究人员发现，将宏转录组测序应用在奶酪成熟过程中，发现在奶酪温度上升过程中，微生物菌群发生了明显的功能变化，增加了奶酪的成熟率，进一步发挥了宏转录组测序技术优势，对食品工艺改善具有一定的指导作用。

2 分析基因测序技术在食品检测中的应用情况

2.1 基因测序技术在食品成分检测中的应用

近年来食品安全问题频发，引起消费者恐慌，出现人为或意外导致的食品掺假及污染现象，尤其禽畜肉类和水产类产品等，引起食品安全问题，增加了食品过敏风险。因此，在食物过敏、食品欺诈事件不断发生过程中，进一步加剧了消费者恐慌程度，使其对食品安全更加关注。因此，生产者及相关监管机构，基于消费者利益出发，做好食品安全监管工作，及时预见食品供应链中潜在的风险隐患，切实做好食品安全检测工作。将PCR技术应用在食品成分检测中，并联合基因测序技术进行定量分析和验证，进一步保证了食品安全检测结果的准确性。其可有效识别食品掺假及过敏成分，及时提出不合格的产品，保障消费者权益。

2.2 基因测序技术应用在食品特定物种检测中

食品同类原料，在产地和品种上存在一定的差异性，消费者难以根据食品外观进行判断，尤其对于深加工后的食品原料而言，进一步增加了消费者的识别难度。在PCR技术和基因测序技术支持下，分析基因序列，并参照基因数据库进行对比，可有效识别食品特定物种的产地、品种等信息[3]。通过基因测序技术，可鉴定物种的DNA条形码，有效防止品种混淆现象。当前，基因测序技术广泛应用在相关检测机构中。

2.3 基因测序技术应用在食品食源性微生物检测中

传统的食源性疾病监控和鉴定方式，仅能反映病原菌基因组局部遗传信息，分辨能力有限，然而在克隆化的菌株等方面存在不足之处。基于食品工业化进程加快，食品流通具有广泛性和快速性，使人们饮食习惯发生变化。然而，食源性疾病成为亟需解决的问题。相关数据统计显示，患食源性疾病人数呈现逐年上升的趋势，其中发展中国家尤为严重，食源性疾病当前成为食品安全首要解决的问题。究其原因发现，与食品微生物污染有关，相关研究人员有必要就食源性致病菌的基因水平进行研究，进而实现对食源性致病菌污染作为食品安全控制的重点。在基因测序技术支持下，实现对食源性致病微生物的测定，有效了解食源性病菌遗传情况以及致病机制等，切实为食品食源性微生物检测提供了基础保障[4]。例如，沙门氏菌是一种常见的食源性致病菌，人们可通过多途径感染此类病菌。借助基因测序技术进行检测发现蛋黄酱中含有沙门氏菌，进而造成人们感染病原菌。

微生物超标及食源性致病菌是引发生物污染的主要因素，在基因测序技术支持下，实现高度覆盖和高灵敏度目标，降低了技术成本，代替了传统检测技术，发挥了技术优势。食品食源性致病菌具有进化速度快，耐药基因变化大的特点，传统的测定方式难以满足致病菌导致感染发病率的步伐，在致病菌分型上存在较大的难度的特点。有相关研究人员通过研究发现，有必要建立标准化方法对致病菌进行全基因组测序。因此，研究人员对不同类型的致病菌进行检测，筛选出核心的基因序列，并进行多点位序列分析。研究结果表明，在基因测序技术支持下，提高了致病菌分型能力，实现了对相同序列菌株的分型，检测结果准确性高，达到了高分辨目的。

基因测序技术中的全基因测序技术可对病原菌整个基因组织的核苷酸序列进行测序，并进行科学的分型，支持对庞大的基因组数据计算和解释，实现结果对比分析目标，通过公共数据库实现信息共享和分析，进而比对出基因组之间单核苷酸的多态性，可清晰化地反映病原菌的遗传性和变异特征，大大提升了对菌株和溯源的分辨能力，进而实现对病原体的追踪，部分将全基因测序获取到的数据，纳入到公共数据库中，便于数据对比和分析，若发生食源性疾病，可第一时间进行数据对比，并追溯到厂商[5]。就我国在全基因测序方面的研究进展情况看，全基因测序技术成为食源性疾病爆发病原追溯的金标准技术，其实现了对病因食品的检测，保证了检测结果的准确性，发挥了全基因测序技术的优势。

3 结语

综上所述，通过研究发现，基因测序检测技术具有显著的技术优势，支持对食品食源性致病菌的检测，可检测微生物超标问题，支持对食品原材料成分的检测，有效识别受污染食品，检测结果较为准确，为食品安全检测提供了先进的技术保障，未来基因测序技术将广泛应用在更多领域中。

参考文献

[1]段云峰,王升跃,陈禹保.微生物组测序与分析专家共识[J].生物工程学报,2020,36(12):2516-2524.

[2]赵海红,郭泰,王志新.全基因组重测序在大豆育种上的研究进展[J].农学学报,2020,10(12):38-41.

[3]赵静.高蛋白食品对体育运动员身体机制的影响[J].食品研究与开发,2021,42(2):229-230.

[4]孙文静,董博然,吕宗友.单细胞转录组测序技术的研究与应用[J/OL].分子植物育种:1-16.[2021-05-06].http://kns.cnki.net/kcms/detail/46.1068.S.20210723.1523.018.html.

[5]陈厚凯,郝瑞,田瑞军.蛋白质测序技术进展[J/OL].科学通报:1-9.[2021-07-16].http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1748.n.20210714.1523.008.html.