高特异性无酶荧光探针快速检测大肠杆菌和氯霉素研究

来源 :湖南师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:bigcat8194
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大肠杆菌K88(ETEC K88)作为产肠毒素大肠杆菌中最普遍流行的菌株,是引起仔猪腹泻的主要致病微生物,也是造成人类腹泻的主要病因之一,尤其是在一些发展中国家的婴儿腹泻症状患者中的感染更为普遍。在养殖业中,为了提升经济效益和防治动物疾病,在治疗仔猪腹泻时,往往以使用抗生素作为快速有效的治疗手段。氯霉素(CAP)是一种高效广谱抗生素,价格便宜且杀菌效果好,曾被普遍用于养殖业中致病菌的防治。CAP残留对人体存在潜在危害,已被多数国家列为养殖动物中禁止使用的药物,但仍存在非法使用现象。氯霉素等抗生素的大量甚至非法使用,带来严重的细菌耐药性和动物源性食品中抗生素残留等问题。因此,建立快速、方便、准确的ETEC K88检测方法,对科学、有效的防治由其导致的仔猪腹泻,以及减少抗生素的使用等都有重要意义。此外,为提高动物源性食品的安全性,建立高灵敏性、选择性的氯霉素检测方法仍然是非常必要的。适体是通过SELEX技术筛选到的单链寡核苷酸片段,虽不具有遗传信息,但可形成独特空间三维结构特异性识别靶标。因其具有特异性好、易修饰等优势,在病原菌检测、食品安全等领域中的应用十分广阔。氧化石墨烯(GO)具有宽波长吸收光谱和高效的淬灭效率,常被用作荧光淬灭剂。GO共轭吸附ss DNA,但不吸附ds DNA和适体靶标复合物,可作为运输载体。因此,GO是构建荧光传感器的理想材料。生物素-链霉亲和素作为一类信号放大系统,具有亲和力高,稳定性好等优点,已在多个领域得到应用。本论文以ETEC K88作为靶标,基于其适体,结合生物素-链霉亲和素反应系统,构建了一种微孔板荧光探针检测体系并用于环境水样品中ETEC K88的快速检测。同时,以氯霉素为靶标,以荧光染料为荧光供体,利用GO作为荧光共振能量转移载体,分别设计了荧光适体探针检测平台和荧光传感器体系,并用于猪尿样中氯霉素的检测。具体研究内容如下:(1)ETEC K88微孔板荧光探针检测体系的建立。在ETEC K88适体5’端上标记FAM充当荧光捕获探针FAM-Apt-K88,在与其部分互补的序列5’端标记生物素作为固定探针Bio-Apta-P。无靶标时,FAM-Apt-K88、Bio-Apta-P两者形成双链后可与链霉亲和素标记的微孔板结合,体系中无荧光信号。当存在靶标时,可将FAM-Apt-K88从Bio-Apta-P上脱离,可重新检测到荧光信号。实验结果显示,此微孔板荧光探针体系对ETEC K88在菌浓度1.36×103~1.36×108CFU/m L范围内时,荧光强度值与菌浓度的对数值呈现出较好的线性关系(R2=0.9801),检出限为1.36×103 CFU/m L;并成功应用于环境水样品中ETEC K88的检测。(2)氯霉素荧光适体探针检测平台的建立。在氯霉素适体的3’端加入部分随机碱基和T碱基构建识别探针Pro-Apt-L,其可与包含互补碱基的荧光适体探针FAM-Pro-Apt-L杂交结合。FAM-Pro-Apt-L的5’端标记FAM,并有一段poly T结构和4个随机碱基序列作为间隔,并在3’端加入2个碱基T作为间隔。poly T结构和随机碱基序列,可使Pro-Apt-L、FAM-Pro-Apt-L更好的保留其各自单链的伸展性,提升GO对其荧光信号的淬灭效率。当加入氯霉素时,Pro-Apt-L与氯霉素结合形成双链复合物,从氧化石墨烯表面脱离,FAM-Pro-Apt-L中的荧光信号得到恢复,体系中重新检测到荧光信号。在优化条件下,本荧光适体探针体系对氯霉素的检测线性范围为10μg/L–60μg/L,检测低限为0.5μg/L。此外,在实际样品的检测中也有良好的回收率和重现性,分别为83.9%-93.6%和5.5%-7.2%。(3)氯霉素荧光传感器检测体系构建。分别设计了具有识别能力的捕获探针(capture probe),及与其互补结合的荧光信号探针I(signal probe I)、信号探针II(signal probe II)。捕获探针由氯霉素适体和一段随机碱基组成。信号探针由随机互补碱基组成,并在其一端标记羧基荧光集团FAM。捕获探针和信号探针I、信号探针II之间互补连接后,使得荧光信号被显著放大。在不含CAP情况下,信号探针和捕获探针均处于柔性单链状态,通过π-π相互作用而被GO吸附在其表面,导致FAM的荧光信号通过FRET机制被淬灭。当加入CAP后,捕获探针与CAP形成复合物而脱离GO表面,荧光信号恢复。在优化的实验条件下,本荧光传感器体系对氯霉素在20μg/L–200μg/L的范围内有较好的检测线性(R2=0.9123),检测低限为0.3μg/L。此外,在猪尿样检测中的回收率和重现性分别为97.73%-108.56%和4.66%-8.90%。
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