论文部分内容阅读
[摘要]微生物源示踪（Microbial Source Tracking，MST）技术主要由源指示物的选择、源指示物的检测和源解析三部分组成。本文简要阐述了MST技术的原理及方法，并探讨了其在水产品安全溯源方面的应用前景。
[关键词]微生物源示踪；非点源污染；粪便污染；水产品安全；溯源
1.MST技术原理
众所周知微生物在其生长环境中具有生化特性、遗传多样性以及特异的代谢产物。MST技术正是利用微生物的这些特性将其作为示踪指示物来识别污染环境中污染物（特别是粪便）的来源。其基本原理是：由于摄食、生理状况等不同，可以把包括人在内的不同动物的肠道（宿主）看成不同的生态环境。生活在其中的微生物群落由于对不同环境胁迫因子的适应和竞争能力的差异，导致微生物种群发生变化而具有宿主专一性。而当其适应了该生态环境，这类微生物种群将会在功能上产生了一系列特异环境适应性，并将这些特性传给后代，使这类微生物都带有标志其宿主或生存环境的特异性指纹图谱（如：特殊的代谢产物、遗传学特征等）
2.MST技术的方法
源指示物的选择是MST技术的关键部分。它包括具有源特异性的微生物及某些特殊的化学物质。大肠埃希氏菌和粪肠球菌是在热血有机体小肠微生物群落的一个正常组分，包括人。并且它们在水体中广泛存在，与粪便污染具有紧密的关联，被认为是MST指示物的首选。由于MST技术的发展，也开发出了一些其他的源指示物，如：双歧杆菌属、嗜粪红球菌[1]、产气荚膜梭菌等。
3.源指示物的检测
源指示物的检测方法是指对粪便的特异性指示物或指示物的特异性指纹图谱分析方法，根据差异指纹反向追踪其所在宿主，该检测的方法可分为化学法、表型法和基因型法。其中基因法因其快速，高准确性，高通量而成为研究的热点并得到了广泛的应用[4]。
源解析是利用一定的统计分类方法，对源指示物的特异性指纹进行归类分析，判别污染水体污染源，研究采用依赖数据库型或非依赖数据库型。非依赖数据库方法仅需检测某一宿主源的特异性标志物的有无，无需建立数据库，所以宿主特异性分子标志的专一性是非数据库依赖型的关键。依赖数据库型方法需要建立源指示物的特异性指纹图谱库。以此作为依据，将被测水样中未知的指纹与已建的指纹图谱库中的图谱做比对，来确定污染源。因此数据库的代表性和时空稳定性非常关键。这也即是这种技术发展所需要解决的瓶颈。现今常采用判别分析法的同源相似率（average rate of correct classification，ARCC）来评价数据库的稳定性与代表性。
4.MST技术在水产品安全溯源中的应用展望
近年来的研究表明，MST的优势主要体现在能准确识别水域中的非点源污染，特别是粪便的污染来源，并且能正确评估非点源污染水的污染贡献率，同时能明确各已知污染源与病源微生物和污染危害的相关性，还能预测各污染源污染物的迁移转化规律和扩散途径。然而，源指示物的特异性及稳定性是MST技术的首要问题。快速、简单、高灵敏度和高特异性一直是MST技术发展的方向。现今各种MST的方法都有其自身的优缺点，因地制宜，将各种MST方法的优缺点互补是MST未来发展的趋势。相信随着研究的深入，MST技术将开创水产品安全管理的新理念。
参考文献
[1]Donald M Stoeckel， Valerie J Harwood. Performance， Design， and Analysis in Microbial Source Tracking Studies [J].Applied and Environmental Microbiology， 2007， 73：2405–2415.
[2]王耀兵，苏洁，杨玉敏等.一种粪便污染源识别新技术——微生物源示踪[J].海洋环境科学，2008，27，2.
[3]Andrea L Wheeler， Peter G Hartel， Dominique G Godfrey， et al. Potential of Enterococcus Faecalis as a Human Fecal Indicator for Microbial Source Tracking.[J]. ENVIRON. QUAL，2002， 31： 1286-1293.
[4]Michele Gourmelon， Marie Paule Caprais， Raphae Segura， et al. Evaluation of Two Library-Independent Microbial Source Tracking Methods To Identify Sources of Fecal Contamination in French Estuaries[J]. Applied and Environmental Microbiology， 2007， 73： 4857–4866.
[5]Donald M.StoeckelMelvin V.MathesKenneth E.Hyer. Comparison of Seven Protocols to Identify Fecal Contamination Sources Using Escherichia coli [J]. Environmental Science And Technology ， 2004， 38： 6109–6117.
[6]S. A. Ritchey， M. S. Coyne. Applying MAR Analysis to Identify Human and Non-Human Fecal Sources in Small Kentucky Watersheds [J]. Water， Air， & Soil Pollution， 2009， 196： 115–125.
[7]Elizabeth A. Casareza， Surech D. Pillai， George D. Di Giovanni. Genotype Diversity of Escherichia coli Isolates in Natural Waters Determined by PFGE and ERIC-PCR[J].Water Research， 2007， 41： 3643–3648.
[8]Tao Yan， Matthew J. Hamilton， Michael J. Sadowsky. High-Throughput and Quantitative Procedure for Determining Sources of Escherichia coli in Waterways by Using Host-Specific DNA Marker Genes [J]. Applied and environmental Microbiology， 2007， 73：890–896.
[9]Beverly J. Kildare， Christian M. Leuteneggerb， Belinda S. Mcswaina， et al. 16S rRNA-based Assays for Quantitative Detection of Universal， Human-， Cow-， and Dog-specific Fecal Bacteroidales [J]. Water Research 2007， 41：3701–3715.
[关键词]微生物源示踪；非点源污染；粪便污染；水产品安全；溯源
1.MST技术原理
众所周知微生物在其生长环境中具有生化特性、遗传多样性以及特异的代谢产物。MST技术正是利用微生物的这些特性将其作为示踪指示物来识别污染环境中污染物（特别是粪便）的来源。其基本原理是：由于摄食、生理状况等不同，可以把包括人在内的不同动物的肠道（宿主）看成不同的生态环境。生活在其中的微生物群落由于对不同环境胁迫因子的适应和竞争能力的差异，导致微生物种群发生变化而具有宿主专一性。而当其适应了该生态环境，这类微生物种群将会在功能上产生了一系列特异环境适应性，并将这些特性传给后代，使这类微生物都带有标志其宿主或生存环境的特异性指纹图谱（如：特殊的代谢产物、遗传学特征等）
2.MST技术的方法
源指示物的选择是MST技术的关键部分。它包括具有源特异性的微生物及某些特殊的化学物质。大肠埃希氏菌和粪肠球菌是在热血有机体小肠微生物群落的一个正常组分，包括人。并且它们在水体中广泛存在，与粪便污染具有紧密的关联，被认为是MST指示物的首选。由于MST技术的发展，也开发出了一些其他的源指示物，如：双歧杆菌属、嗜粪红球菌[1]、产气荚膜梭菌等。
3.源指示物的检测
源指示物的检测方法是指对粪便的特异性指示物或指示物的特异性指纹图谱分析方法，根据差异指纹反向追踪其所在宿主，该检测的方法可分为化学法、表型法和基因型法。其中基因法因其快速，高准确性，高通量而成为研究的热点并得到了广泛的应用[4]。
源解析是利用一定的统计分类方法，对源指示物的特异性指纹进行归类分析，判别污染水体污染源，研究采用依赖数据库型或非依赖数据库型。非依赖数据库方法仅需检测某一宿主源的特异性标志物的有无，无需建立数据库，所以宿主特异性分子标志的专一性是非数据库依赖型的关键。依赖数据库型方法需要建立源指示物的特异性指纹图谱库。以此作为依据，将被测水样中未知的指纹与已建的指纹图谱库中的图谱做比对，来确定污染源。因此数据库的代表性和时空稳定性非常关键。这也即是这种技术发展所需要解决的瓶颈。现今常采用判别分析法的同源相似率（average rate of correct classification，ARCC）来评价数据库的稳定性与代表性。
4.MST技术在水产品安全溯源中的应用展望
近年来的研究表明，MST的优势主要体现在能准确识别水域中的非点源污染，特别是粪便的污染来源，并且能正确评估非点源污染水的污染贡献率，同时能明确各已知污染源与病源微生物和污染危害的相关性，还能预测各污染源污染物的迁移转化规律和扩散途径。然而，源指示物的特异性及稳定性是MST技术的首要问题。快速、简单、高灵敏度和高特异性一直是MST技术发展的方向。现今各种MST的方法都有其自身的优缺点，因地制宜，将各种MST方法的优缺点互补是MST未来发展的趋势。相信随着研究的深入，MST技术将开创水产品安全管理的新理念。
参考文献
[1]Donald M Stoeckel， Valerie J Harwood. Performance， Design， and Analysis in Microbial Source Tracking Studies [J].Applied and Environmental Microbiology， 2007， 73：2405–2415.
[2]王耀兵，苏洁，杨玉敏等.一种粪便污染源识别新技术——微生物源示踪[J].海洋环境科学，2008，27，2.
[3]Andrea L Wheeler， Peter G Hartel， Dominique G Godfrey， et al. Potential of Enterococcus Faecalis as a Human Fecal Indicator for Microbial Source Tracking.[J]. ENVIRON. QUAL，2002， 31： 1286-1293.
[4]Michele Gourmelon， Marie Paule Caprais， Raphae Segura， et al. Evaluation of Two Library-Independent Microbial Source Tracking Methods To Identify Sources of Fecal Contamination in French Estuaries[J]. Applied and Environmental Microbiology， 2007， 73： 4857–4866.
[5]Donald M.StoeckelMelvin V.MathesKenneth E.Hyer. Comparison of Seven Protocols to Identify Fecal Contamination Sources Using Escherichia coli [J]. Environmental Science And Technology ， 2004， 38： 6109–6117.
[6]S. A. Ritchey， M. S. Coyne. Applying MAR Analysis to Identify Human and Non-Human Fecal Sources in Small Kentucky Watersheds [J]. Water， Air， & Soil Pollution， 2009， 196： 115–125.
[7]Elizabeth A. Casareza， Surech D. Pillai， George D. Di Giovanni. Genotype Diversity of Escherichia coli Isolates in Natural Waters Determined by PFGE and ERIC-PCR[J].Water Research， 2007， 41： 3643–3648.
[8]Tao Yan， Matthew J. Hamilton， Michael J. Sadowsky. High-Throughput and Quantitative Procedure for Determining Sources of Escherichia coli in Waterways by Using Host-Specific DNA Marker Genes [J]. Applied and environmental Microbiology， 2007， 73：890–896.
[9]Beverly J. Kildare， Christian M. Leuteneggerb， Belinda S. Mcswaina， et al. 16S rRNA-based Assays for Quantitative Detection of Universal， Human-， Cow-， and Dog-specific Fecal Bacteroidales [J]. Water Research 2007， 41：3701–3715.