综述：食品中梭菌和芽孢杆菌属的分子检测：最新进展与应用

《Food Research International》：Molecular detection of Clostridium and Bacillus species in foods: recent advances and applications

本文综述了核酸检测技术（如PCR、FISH、LAMP、RPA、WGS及CRISPR/Cas系统）在检测食品中梭菌属和芽孢杆菌属孢子形成菌的应用，分析了各方法的优缺点，指出CRISPR/Cas系统在灵敏度和特异性方面具有潜力，为提升食品安全监测效率提供参考。

　　

作者：马春阳、尼格尔·弗伦奇、吴熙阳、桑迪普·K·古普塔、塔努什丽·B·古普塔 所属机构：新西兰梅西大学兽医学院，帕默斯顿北校区4474

摘要

产孢细菌，尤其是梭菌属（Clostridium）和芽孢杆菌属（Bacillus），在食品系统中普遍存在，其摄入可能对人类和动物造成严重疾病。这些细菌在多种食品基质中的持久存在以及对传统处理方法的抗性，使得快速、准确的检测对于有效监测和控制至关重要。传统的基于培养和生化的方法仍是识别这些细菌的标准手段，但往往耗时、劳动强度高且灵敏度有限。相比之下，基于核酸的方法通过直接针对致病或腐败菌株的遗传标记，提供了快速、特异且灵敏的检测方式。本文综述了包括PCR、FISH、LAMP、RPA、WGS以及新兴的CRISPR/Cas系统在内的核酸方法在食品系统中检测梭菌属和芽孢杆菌属的应用情况。每种方法都有其独特的优势和局限性：基于PCR的方法能够实现精确定量，但需要热循环；基于FISH的方法操作简单，但依赖显微镜观察且在食品检测中的验证程度有限；基于WGS的方法可以提供菌株级别的特征分析，但依赖于信息学技术和专用设备；等温技术（如LAMP和RPA）可实现现场快速检测，但引物设计复杂或对近缘基因的区分能力较差；CRISPR/Cas平台进一步提高了检测的简便性、特异性和灵敏度，尽管针对产孢细菌的验证仍需进一步研究。总体而言，本文概述了用于检测梭菌属和芽孢杆菌属的核酸方法的基因靶标、方法学调整及分析性能，并强调了当前进展及未来提升食品安全监测的潜力。

引言

产孢细菌（如厌氧的梭菌属和需氧的芽孢杆菌属）在食源性疾病和食品腐败中起着重要作用。梭菌属和芽孢杆菌属以两种形式存在：营养细胞和孢子。营养细胞处于活跃生长状态，而孢子是在不利条件下进入休眠状态的形态。每个营养细胞仅产生一个孢子，该孢子携带所有营养细胞中的遗传信息（Moeller等人，2009年）。这两种形式存在于多种食品中，包括乳制品、大米、肉类和蔬菜（de Boer等人，2011年；Eckert等人，2013年；From等人，2007年；Guven等人，2006年；Kong等人，2021年；Morandi等人，2015年；Vidic等人，2020年）。 摄入被梭菌属或芽孢杆菌属污染的食品可能导致多种疾病，包括腹泻和呕吐综合征、气性坏疽以及肉毒杆菌中毒，具体取决于涉及的菌种和毒素（Bennett等人，2013年）。产气荚膜梭菌（Clostridium perfringens）是最常见的食源性疾病致病菌之一，美国每年估计有100万例食物中毒病例（Sridapan等人，2021年）。在英格兰，估计8-13%的胃肠道食源性疾病暴发与产气荚膜梭菌有关（Bhattacharya等人，2020年）。美国疾病控制与预防中心（CDC）报告称，有63,400例食源性疾病和20例由蜡样芽孢杆菌（Bacillus cereus）感染引起的住院病例（Scallan等人，2011年）。鉴于产孢细菌对人类健康的危害，及时准确地检测这些细菌至关重要。 传统的基于培养和生化的方法仍广泛用于食品中营养细胞或孢子的计数与鉴定（Rajapaksha等人，2019年；Rhodehamel & Harmon，2021年；Thompson等人，2005年）。然而，这些方法通常复杂、费时，且可能缺乏灵敏度和特异性。此外，基于培养的产孢细菌检测方法通常需要特定的生长条件来促进孢子萌发和营养细胞生长，从而延缓检测速度（Gupta & Brightwell，2023年；Kawai & Nakano，2025年；Shams等人，2020年）。相比之下，基于核酸的检测方法可以直接检测目标DNA或RNA，从而实现更快、更可靠的鉴定和确认。 为克服传统检测方法的局限性，已开发出多种基于核酸的技术来检测梭菌属和芽孢杆菌属，包括聚合酶链反应（PCR）（Banger等人，2021年）、荧光原位杂交（FISH）（Weerasekara等人，2013年）、等温核酸扩增技术（如环介导等温扩增LAMP）（Cecere等人，2021年）和重组酶聚合酶反应（RPA）（Guo等人，2022年）。全基因组测序（WGS）也为这些细菌的物种区分和毒力基因分析提供了全面见解（Frentzel等人，2022年）。最近，基于CRISPR/Cas系统的快速、灵敏且特异的诊断方法也被用于检测多种食源性疾病病原体，包括产孢细菌（Gootenberg等人，2017年；Jiang等人，2023年；Xu等人，2023年；Zhang等人，2021年）。 本文综述了针对食品系统中梭菌属和芽孢杆菌属的基于核酸的检测方法，重点介绍了基因靶标、方法学调整及分析性能，并探讨了CRISPR/Cas系统在提高检测灵敏度和特异性方面的潜力。

DNA提取

基于核酸的检测方法已成为识别产孢细菌的营养细胞和孢子的可靠、快速且灵敏的工具。这些技术能够在短时间内检测到低水平的微生物，对食品安全监测具有价值。 应用基于核酸的方法检测产孢细菌时，有两个关键因素需予以重视：首先是样品制备对检测结果的影响。

结论与未来展望

产孢细菌，尤其是梭菌属和芽孢杆菌属，因其能够形成孢子并在极端环境下存活，是导致食品腐败和食源性疾病的主要因素。它们在食品中的存在对经济和公共卫生构成威胁（Adimpong等人，2012年；Scallan等人，2011年；Tirloni等人，2022年）。传统的基于培养和生化的方法仍是识别的金标准，但它们劳动强度高、耗时较长。

作者贡献声明

**马春阳**：撰写综述与编辑、初稿撰写、方法学设计、实验实施、数据分析。 **尼格尔·弗伦奇**：撰写综述与编辑、监督工作。 **吴熙阳**：撰写综述与编辑、监督工作。 **桑迪普·K·古普塔**：撰写综述与编辑、监督工作、资源协调。 **塔努什丽·B·古普塔**：撰写综述与编辑、监督工作、资金筹集、概念构思。

关于写作过程中使用生成式AI和AI辅助技术的声明

在撰写本文过程中，作者谨慎地使用了ChatGPT来提升语言表达和可读性。使用该工具/服务后，作者对内容进行了必要的审查和编辑，并对出版物的内容承担全部责任。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢 本项工作得到了新西兰-中国食品安全网络（NZ-CFPN）和新西兰经济与创新部（MBIE）的资助。