酶促恒溫擴增技術（ERA）在食品安全檢測領域的應用

隨著全球經濟的發(fā)展，進口貿易的增多，食品安全檢測也日趨嚴格。常用于食品安全檢測的聚合酶鏈式反應(polymerase chain reaction, PCR)技術，是目前大部分檢測機構及醫(yī)學實驗室都在使用的常規(guī)技術。

然而該技術需要昂貴且精密的控溫設備，耗費較長時間，在現(xiàn)場檢測中不具備優(yōu)勢，因此，我們需要更加簡便的技術來提高檢測效率。

等溫核酸擴增技術的問世為現(xiàn)場快速檢測帶來新的曙光。今天給大家介紹下先達基因的酶促恒溫擴增技術 (ERA)。

本文對酶促恒溫核酸擴增技術及其應用進行綜述。ERA 技術全稱酶促恒溫核酸擴增技術，是聚合酶鏈式反應(PCR)的一種替代品，也是一種全新的升級，可準確、快速、便攜地進行核酸檢測分析。

ERA 與 PCR 擴增一樣具有特異性，但速度快得多，結果通常在 5～ 10 min 生成。而且與 PCR 不同的是，ERA 反應不需要熱變性，因此不需要昂貴的熱循環(huán)設備。ERA對操作溫度要求并不嚴格，反應在 37～42℃的溫度下工作最優(yōu)，比其他等溫擴增技術需要的溫度要低，能在廣泛的環(huán)境溫度下工作。

ERA可以在多種應用中取代PCR，如傳染病診斷、食品安全檢測、水產畜牧疫病檢測等等，它非常適合于現(xiàn)場、護理點和其他設備缺乏的環(huán)境，特別是對于檢測速度需求較高的情況下。

 

一、ERA 技術介紹

1、反應原理 

酶促恒溫擴增技術（ERA技術）是先達基因公司團隊研發(fā)的具有全球自主知識產權等溫核酸擴增技術，將來源于細菌，病毒和噬菌體的特定工具酶進行改造突變并篩選其功能，通過不同的核酸擴增反應體系進行優(yōu)化組合，從而獲得核心的酶促恒溫擴增體系。

模擬生物體遺傳物質自身擴增復制的原理，通過蛋白定向進化、DNA與核酶親和力成熟等技術對重組酶、核酸內切酶、DNA聚合酶等多酶體系進行改造，建立ERA擴增反應體系，使之將單分子DNA/RNA的特異性區(qū)段在5-10分鐘內擴增10^9倍。

 

2、引物設計 

ERA 引物設計原則：

(1) 引物長度最長是 35 bp，最好為 29～32bp，過短會影響重組酶活性。

(2) 5’端開頭核苷酸最好是胞嘧啶，能促進擴增片段的重組，5’端避免出現(xiàn)3 到 5 個連續(xù)的聚鳥嘌呤。

(3) 3’端最好為胞嘧啶和鳥嘌呤，有助于聚合酶的穩(wěn)定結合提升引物擴增性能。

(4) 引物中避免出現(xiàn)特殊序列，如避免出現(xiàn)回文序列和連續(xù)的重復結構。

(5) 引物設計時盡量避免容易形成發(fā)夾結構的序列，減少引物二聚體的形成。

(6) GC 含量過高(>60%)或過低(<40%)都不利于 ERA 擴增。

 

3、技術特點

ERA 技術與傳統(tǒng)的 PCR 擴增相比在便捷性以及高效性上有顯著的優(yōu)勢，與 PCR 技術相比有以下特點：

（1）反應能夠在恒溫條件下進行。盡管 ERA 的反應模式與 PCR 相似，但不同的是 PCR 反應需要加熱使 DNA 模板變性，而 ERA 不需要，在 37～42℃的條件下，利用重組酶引物復合體掃描雙鏈 DNA，促使 DNA 鏈上同源位點的互換。

（2）耗時短。ERA 反應速度快，能在 5～10 min 完成檢測。在許多情況下，沒有經過專門訓練的人就可以采集樣本，進行實驗，并在半小時內得到結果。檢測速度遠勝于其他等溫擴增技術。

（3）操作簡單。ERA 擴增的基礎體系含有 DNA 擴增所需的所有試劑，只需加入引物和模板就可以反應，不需要復雜的樣品前處理，這大大提高了操作效率，避免繁瑣的實驗步驟帶來可能性的誤差。

（4）不受場地的限制。PCR 擴增需要專門的 PCR 儀，ERA 技術由于對溫度要求低，甚至可以用人體溫度進行，并可以在條件較為簡陋的地方進行檢測。

（5）高靈敏性。在復雜樣品中，ERA 技術可以檢測單拷貝的 DNA 和幾十個或更少拷貝數(shù)的 RNA 分子，而不需要事先進行核酸純化和富集。

 

4、操作過程 

含有重組酶及聚合酶干粉的反應管中分別加入反應緩沖液、上下游引物以及模板 DNA，用純水補至總體積，充分混勻，加入激活劑，上下顛倒 8～10 次混合均勻，瞬時離心后，可上機反應。

 

二、ERA 及衍生技術 

1、基礎型核酸擴增ERA法

基礎型核酸擴增ERA法是一種快速、靈敏的檢測方法。該技術不需要復雜的樣品前處理環(huán)節(jié)，常溫下就能夠對樣品中的目標基因進行擴增，簡化了過程分析，在 15～20 min 的反應時長內能完成實驗要求，遠低于其他等溫擴增技術的時長要求。它既不需要 PCR 所依賴的熱循環(huán)儀器,也不像環(huán)介導等溫擴增技術(LAMP)需要提前準備預變性的模板。

基礎型核酸擴增ERA法具有快速、靈敏、簡單等優(yōu)點，是 ERA 系列技術的基礎，最后的產物可用瓊脂糖凝膠電泳等終點法進行結果檢測。

 

2、實時熒光型核酸擴增ERA法

實時熒光型核酸擴增ERA，是 ERA 基礎反應體系與熒光探針結合起來的一種聯(lián)用技術。與熒光 PCR 比較，兩者具有相同的靈敏度與特異性，然而實時熒光ERA 的檢測過程所需時間明顯短于實時熒光 PCR，即實時熒光ERA法所需時間是 10～15 min，實時熒光PCR 則需耗時約 90 min，且PCR 的實驗操作設備較復雜、昂貴，而且所占空間大、不便攜帶。

此外，實時熒光 PCR 不僅需要一個熱循環(huán)過程而且實驗操作步驟復雜，而實時熒光ERA法實驗操作溫度在 37～42 ℃ 的恒溫條件下就可進行，不需復雜的操作程序。用雙標記寡核苷酸探針檢測目標擴增，該探針的 5’末端含有熒光基團 （Tamra 或 FAM)，3’末端含有淬滅基團。當探針與被擴增的靶 DNA 結合時，外切酶切割基本位點，熒光基團和淬滅基團被分離，從而產生出與擴增目標 DNA 數(shù)量成正比的熒光信號，熒光強度也會隨著其擴增而增強。熒光強度信號實時檢測由熒光信號檢測器或掃描儀完成，該試劑可配合先達基因生產的熒光恒溫擴增儀GS8使用，實現(xiàn)恒溫擴增與熒光信號檢測于一體。

該技術敏感性強、特異性高，檢測時間短，已有不少用戶利用該技術建立呼吸道病原快速檢測的方法。

 

3、 試紙型核酸擴增ERA法

ERA技術與試紙條側向層析技術相結合，建立一種快速靈敏的現(xiàn)場檢測系統(tǒng)。實現(xiàn)了利用側向層析試紙條作為終點法對核酸擴增產物進行快速檢測。該方法中引物用生物素進行了標記和探針用FAM 或FITC進行了標記，擴增產物結合到包埋有對應抗體的試紙條上并顯色，從而實現(xiàn)檢測。該方法無需特定檢測設備，操作簡單，能夠快速直觀獲得檢測結果。

試紙型ERA法檢測結果能在橫向流動試紙條上顯示，裸眼便可觀察，即使是非專業(yè)人員也可以直接分析結果，非常適用于現(xiàn)場快速檢測，尤其在經濟條件差資源缺乏的區(qū)域，具有更好的應用前景。

 

4、酶促擴增酶聯(lián)免疫吸附技術(ERA-ELISA) 

酶聯(lián)免疫吸附法(enzyme-linked immunosorbent assay)是抗原抗體的特異性反應，指將可溶性的抗原或抗體吸附到聚苯乙烯等固相載體上，進行免疫反應的定性和定量方法。

ERA-ELISA 技術是在 ERA 技術的基礎上結合 ELISA 技術發(fā)展起來的用于檢測核酸擴增產物的新型分析檢測手段，綜合了 ERA、ELISA 兩種技術的特點，在特異性、靈敏性等方面表現(xiàn)出優(yōu)異的特點、而且操作過程簡單，結果不需要電泳檢測和 ERA 產物純化，較短時間內可以完成整個檢測過程。

同時，能在數(shù)小時內對大量待檢樣品進行篩選和鑒定，適用于資源匱乏的現(xiàn)場快速檢測是一種有效的聯(lián)用檢測技術。

 

三、ERA 技術在食品安全檢測領域的應用 

目前，ERA技術在涉及食品安全檢測方面已有多項產品，并且在快速便捷檢測等方面優(yōu)于 PCR 檢測。ERA 技術在食品安全領域的應用主要包括致病微生物、動物源性成分及轉基因成分檢測等方面。

1、食源性致病菌的 ERA 檢測 

沙門氏菌是引起世界各地食源性疾病暴發(fā)的最常見病原，許多流行病學調查將沙門氏菌爆發(fā)的源頭歸咎于家禽和家禽副產品，包括蛋類。先達基因建立了一種快速檢測沙門氏菌的熒光檢測方法，在 37～42 ℃下，僅需要 10 min 的擴增就能達到擴增子的檢測閾值。

大量擴增后的產物能夠與帶有熒光標記的探針相結合，從而產生特定的熒光。該熒光信號可由熒光檢測儀器實時捕獲，直觀反映擴增循環(huán)情況。樣品中如果具有微量的沙門氏菌DNA存在時，則能夠通過大量擴增后激發(fā)熒光信號，樣本顯示為陽性；如果樣本中不含有沙門氏菌，儀器會判讀為陰性。由此可見，ERA技術能夠為食源性致病菌的檢測提供一種簡便的方法。

該方法具有良好的特異性和較高的靈敏度。且不需要昂貴的設備，可作為野外條件下食物中沙門氏菌的檢測試劑盒。

同時，先達基因還生產有金黃色葡萄球菌、銅綠假單胞菌、志賀氏菌、李斯特氏菌、霍亂弧菌等一系類食品致病菌檢測試劑盒。

 

2、肉類摻假檢測 

肉類食品是人們生活中最重要的生鮮類食品之一，隨著生活水平的提高，對肉品質的需要也越來越高，近年來，國內外市場上的肉制品摻假事件頻繁發(fā)生，這些不法行為不僅破壞了公平貿易，給消費者帶來經濟損失，更重要的是引起了宗教信仰、食品安全等方面的問題。

先達基因科技有限公司自主開發(fā)的核酸檢測技術實時熒光核酸恒溫擴增檢測試劑盒，可對各類肉源性成分核酸特異基因片段進行擴增及定性檢測，通過實時擴增曲線，在短時間內判斷樣品中是否含有其肉源性成分。ERA技術在動物源性檢測方面具有簡單高效等優(yōu)點，為市售生鮮肉制品摻假提供了快速便捷的檢測方法。

 

3、轉基因檢測 

隨著轉基因技術的不斷發(fā)展，其在農業(yè)技術方面的應用也越來越廣泛，轉基因食品也走向市場， 在轉基因食品的監(jiān)測方面，監(jiān)管部門也面臨越來越大的壓力。

先達基因自主開發(fā)的核酸檢測技術實時熒光核酸恒溫擴增檢測試劑盒，可對轉基因農作物PAT基因片段進行擴增及定性檢測，通過實時擴增曲線，在短時間內判斷樣品中是否含有轉基因農作物PAT基因成分。該方法可在 15～25 min 可靠地檢測出樣品中的 100 個拷貝的目標分子。這種新的擴增方法大大縮短了檢測時間，簡化了反應過程，為轉基因作物的快速檢測提供了一種快速有效的方法。

本產品可用于食品生產加工企業(yè)對產品中潛在的轉基因農作物PAT基因進行快速檢測與篩查；國家、地方食品藥品監(jiān)督管理單位對抽樣食品中潛在的轉基因農作物NOS基因進行快速檢測；重大活動中的食品安全保障；食品安全突發(fā)事件中的快速檢測等。

這種現(xiàn)場檢測方法同樣適用于未經訓練的人員對樣品進行快速簡單的測試。ERA技術為轉基因食品的檢測提供了快速便捷的方法。

 

04、結論 

ERA 恒溫擴增技術具有許多優(yōu)點。這種反應沒有熱循環(huán)的需要，可使用簡單設備，如小型加熱器等，價格低廉，可以進行最低限度的維護控制。具體來說，ERA 具有恒溫、較低溫度、擴增時間短、可靠性和簡單性等特點。核酸擴增產物的測定還具有靈敏度高等優(yōu)點，在食品安全核酸檢測領域具有一定的應用價值。

它提供了一種能夠檢測潛在食物威脅因素的方法，如過摻假肉、轉基因生物或病原體。傳統(tǒng)檢測技術由于耗時長，設備復雜，因此不利于現(xiàn)場快速檢測，已不能滿足食品安全檢測的更高需求，因此建立一種快速便攜、靈敏、特異的檢測方法十分重要。ERA 作為一個新興的分子檢測技術， 迄今為止，不僅在醫(yī)藥學等方面應用較多，而且在食品安全檢測方面的研究也初有成效，隨著 ERA 技術不斷地應用與研發(fā)，未來 ERA 將朝更加快速、便攜、敏感、特異的方向發(fā)展，給食品安全檢測的研究帶來新的方向。