沙门氏菌全基因组测序分析及其DNA等温扩增检测方法的建立和应用研究

来源 :东北农业大学 | 被引量 : 19次 | 上传用户:BruceLee_123
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沙门氏菌是引发全球性的食源性疾病的主要致病菌之一,世界卫生组织(World Health Organization,WHO)已经将其列为具有中等危害和严重危害的食物传播性病原。蛋及其制品、蔬菜、肉类等均是沙门氏菌重要的传播途径。在2 500多种沙门氏菌血清型中,肠炎沙门氏菌(Salmonella ser.Enteritidis)、鼠伤寒沙门氏菌(Salmonella ser.Typhimurium)及海德尔堡沙门氏菌(Salmonella ser.Heidelberg)是常见的3种致病血清型。因此,建立快速、有效的检测方法对上述血清型沙门氏菌进行检测,将在食品安全保障、公共卫生监测以及禽病预防和控制中发挥巨大作用。另外,沙门氏菌耐药性的不断增强一直以来也是备受关注的全球性问题,通过对耐药性的监测,不仅对防控沙门氏菌疫情暴发及合理使用抗生素提供科学依据,也为建立相关法律法规提供数据支持。近年来,全基因组测序(whole genome sequencing,WGS)技术发展迅速,尤其是在对食源性疫情暴发的检测和监控方面,起了至关重要的作用。全基因组测序技术在不久的将来在食品安全方面将发挥非常重要的作用。在众多沙门氏菌检测方法中,real-time PCR等分子生物学方法得到了广泛的应用,但是这些方法仍较耗时,且技术要求和检测成本均较高,仍有很大的完善空间。DNA等温扩增技术,尤其是环介导等温扩增(Loop-mediated isothermal amplification,LAMP)技术,以其特异性强、灵敏度高、快速、准确和操作简便等优点已经在众多领域的微生物病原体检测方面得到了日益广泛的应用。首先,本研究将通过对147株分离自蛋及其制品和鸡肉中的沙门氏菌进行全基因组测序分析,从构建的系统进化树、单核苷酸多态性及耐药基因分析等方面对3种常见血清型沙门氏菌(肠炎沙门氏菌、鼠伤寒沙门氏菌及海德尔堡沙门氏菌)进行较为全面系统的对比分析,为沙门氏菌监控及流行病学调研等工作提供理论基础和数据支持。其次,首次对肠炎沙门氏菌的2种特异性检测目的基因prot6E和sef A基因的DNA序列及其产物蛋白结构进行对比分析,为肠炎沙门氏菌检测方法的建立提供理论基础。再次,首次应用Genie III系统分别建立肠炎沙门氏菌和鼠伤寒沙门氏菌LAMP方法分别对食品中的肠炎沙门氏菌和鼠伤寒沙门氏菌进行特异性检测,为食品及其所在环境中的沙门氏菌的检测及监测提供强有力的工具。另外,本研究以美国食品药品监督局(U.S.Food and Drug Administration,FDA)细菌学分析手册(Bacteriological Analytical Manual,BAM)标准方法为参照,首次对新型等温扩增仪器3M Molecular Detection System(MDS)、ANSR Pathogen Detection Syste(PDS)和Genie III检测沙门氏菌的效果进行评估,并与real-time PCR检测结果进行对比分析,为上述及相关检测系统的选择、使用、评估及新检测系统的研发等提供支持。目前,国内外传统检测方法种分离沙门氏菌所选用的增菌液和培养基种类繁多,且各种增菌液和培养基的分离效果的比较研究甚少。因此,本研通过对3M MDS和ANSR PDS仪器推荐的非选择性增菌液(蛋白胨缓冲液;buffered peptone water,BPW)与FDA BAM推荐使用的非选择性增菌液(乳糖肉汤;lactose broth,LB)在增菌培养中的作用进行了比较研究,并应用该两种方法对非选择性增菌(pre-enrichment)和选择性增菌(enrichment)后的样品进行检测,并将结果与FDA BAM的结果进行对比分析,筛选出更适宜的增菌液。最后,本研究探究存储温度及时间对待检样品氯化镁孔雀绿(Rappaport-Vassiliadis,RV)和连四硫酸盐(Tetrathionate,TT)增菌液中沙门氏菌存活的影响,旨在为完善沙门氏菌的传统检测方法,新试剂的研发,政府部门建立相关法规及降低工业界检测成本等方面提供理论和技术支持,进而提高检测及监测食源性疾病爆发的能力,确保食品安全。主要研究结果如下:1.通过对147株沙门氏菌全基因组测序结果进行对比分析,结果发现,肠炎沙门氏、鼠伤寒沙门氏菌和海德尔堡沙门氏菌菌株的进化随时间、地域、来源的不同呈现多样性,且菌株间存在种间水平基因转移。2.通过全基因组测序,对147株肠炎沙门氏菌、鼠伤寒沙门氏菌和海德尔堡沙门氏菌菌株携带的耐药基因进行对比分析,发现不同血清型及不同来源的耐药菌株携带耐药基因不同。其中,肠炎沙门氏菌和鼠伤寒沙门氏菌耐药菌株携带的耐药基因表型多于海德尔堡沙门氏菌,鸡肉源性的沙门氏菌携带耐药基因表型多于蛋及其制品。另外,肠炎沙门氏菌对氨基糖苷类的耐药性非常普遍,鼠伤寒沙门氏菌主要抗氨基糖苷类、四环素类和(或)磺胺类抗生素,而海德尔堡沙门氏菌主要抗氨基糖苷类和磷酶素类抗生素。鼠伤寒沙门氏菌多重耐药菌株的分离率高于肠炎沙门氏菌和海德尔堡沙门氏菌。此外,随时间推移,沙门氏菌的耐药率和耐药谱均有不断增加及拓宽趋势。3.对比分析68株肠炎沙门氏菌特异性基因prot6E和sef A基因在菌株中的DNA序列及其产物蛋白结构,上述2种基因历经长期进化,仍具较高保守性。其中,发现prot6E基因存在2种非同义突变,但其突变前后蛋白结构的差异十分微小。而sef A基因虽仅存在1种非同义突变,但其蛋白结构的差异较为显著。4.成功建立了基于prot6E基因检测肠炎沙门氏菌的LAMP方法。该方法应用Genie III检测系统,耗时短、操作简便、特异性强,且灵敏度高。应用建立的LAMP方法对蛋制品进行检测,结果表明,该方法适用于蛋制品中肠炎沙门氏菌的快速检测。5.应用Genie III成功建立了检测鼠伤寒沙门氏菌的LAMP方法。该方法特异性好,可将鼠伤寒沙门氏菌与肠炎沙门氏菌和海德尔堡沙门氏菌区别开来;反应灵敏度高于real-time PCR 100倍。应用建立的LAMP方法对蛋制品进行检测,结果表明,该方法适用于蛋制品中鼠伤寒沙门氏菌的快速检测。6.应用传统检测方法、等温扩增检测系统(3M MDS、ANSR PDS、Genie III)和real-time PCR分别对沙门氏菌纯培养物、蛋及蛋制品、绿叶蔬菜样品中沙门氏菌进行了检测。结果发现,3M MDS、ANSR PDS及Genie III检测系统均适用于沙门氏菌的快速检测,且3M MDS准确率最高。7.对BPW和LB两种增菌液的增菌效果比较发现,使用BPW增菌液进行增菌培养时,3M MDS和ANSR PDS的检测结果与传统检测方法一致,应用LB增菌液进行增菌培养后,两种方法检测出的阳性样品数均少于传统检测方法,但针对该两种方法分别与传统方法进行对比分析并未见统计学差异。对于3M MDS和ANSR PDS检测系统检测蛋制品中的沙门氏菌,BPW作为非选择性增菌液要优于LB。应用3M MDS和ANSR PDS检测RV和TT增菌样品结果表明,选择性增菌液RV优于TT。8.对136份蛋制品的RV和TT增菌后的样品于4℃条件下保存,于0-60天内选取不同时间分别进行监测,结果发现,RV增菌液保存的阳性样品数未见变化,效果优于TT增菌液(12份阳性样品转为阴性)。XLD和HE培养基检测效果优于BS培养基。
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