配適體在食品有害物檢測中的應用潛力

羅劍鳴，彭喜春，* ，吳希陽，賴毅東

(1.暨南大學食品科學與工程系，廣東廣州510632;2.東莞市質量計量監督檢測所，廣東東莞523120)

配適體在食品有害物檢測中的應用潛力

羅劍鳴1，彭喜春1，*，吳希陽1，賴毅東2

(1.暨南大學食品科學與工程系，廣東廣州510632;2.東莞市質量計量監督檢測所，廣東東莞523120)

配適體是由指數富集配體系統進化技術篩選出來的一段具有功能性的單鏈寡核苷酸序列，具有高效與靶目標分子特異性結合的特性。配適體在許多領域研究及應用逐漸展開，本文對配適體在食品安全檢測領域方面的應用潛力進行了分析和展望。

配適體，三甲烷類化學染料，重金屬，真菌毒素，抗生素

寡核苷酸配適體為一段具有功能性單鏈的寡核苷酸序列，包括了DNA和RNA，能與相應的靶目標專一性結合［1］。而這種序列是通過指數富集配體系統進化技術(SELEX技術)，從隨機寡核苷酸庫中篩選得到［2］。這種體外化學合成的隨機寡核苷酸庫中每條核苷酸鏈的兩端為固定堿基序列，中間是隨機堿基序列，由于這種隨機序列，決定了庫中每條鏈自然形成的空間構象即二級結構，具有多樣性，決定了庫中潛在地存在能與各種蛋白和低分子靶物質有親和力的核酸配體，因而從理論上，自然界中絕大多數物質都能分離出相應的配適體。

1 配適體的篩選(SELEX技術)

目前對配適體的應用均利用了配適體能與多種靶分子特異性結合，并且結合緊密，效率高的優點。這些優點能在應用中體現，主要是因為配適體要經歷一個篩選的過程。在體外合成的寡核苷酸庫中挑選出能與靶分子緊密結合的、理想的配適體，確保了配適體結合的特異性;而指數富集不僅能擴增配適體的數量，并且富集后的篩選進一步確保了配適體的特異性;之后對配適體結合位點的研究改良，能令配適體對靶目標的結合更加緊密，從而確保其高效性。

1.1 配適體篩選的技術步驟

用于配適體篩選的SELEX技術普遍的可以分為5個主要的步驟的循環、結合、分離、洗脫、擴增和調節。這種體外篩選和酶促擴增的不斷循環模仿了一種達爾文式的選擇過程，最終能從眾多的核酸分子中篩選出具有最優結構并能與目標分子特異性結合的配適體［3］。

典型的SELEX過程的第一步是化學合成隨機的DNA寡核苷酸文庫，文庫是由兩端固定序列(約18～21堿基)及20～80個中間隨機堿基構成，通常含有大約1013～1015個不同的單鏈DNA片段［4］。將目標分子放入文庫內的DNA中，使目標分子和對應的DNA片段結合，形成絡合物。分離過程中，緊密結合的絡合物會與未結合的片段，或者結合不強的片段分離。分離步驟在配適體篩選過程中是最重要的一環，因為這步能影響到后面對配適體結合特性的分析。經過分離后，絡合物經洗脫，使目標分子與DNA片段分離，隨后DNA片段將用PCR技術進行體外擴增。擴增后的雙鏈DNA產物需要經由一定的處理，從中選出對應的單鏈DNA寡核苷酸序列進行純化、富集，以便下一輪的SELEX篩選。不斷地重復循環篩選/擴增，最終便會篩選出能夠與目標分子高結合，并能特異性結合的寡核苷酸序列，即配適體。在最后一個循環，以擴增這個步驟作為終點，所得到配適體就可以用于研究改良其結合位點和結合特性，以便確保其高效性和特異性［5］。

1.2 配適體的篩選及應用發展史

1990年，Tuerk和Gold研究了T4噬菌體的DNA聚合酶以及mRNA的相互作用。RNA寡核苷酸序列是從組合核苷酸庫里篩選出的，而且實驗證明其能與非核苷酸序列(DNA聚合酶)特異性的緊密結合，整個篩選的過程被稱作 SELEX技術［6］。同年，Ellington和Szostak運用類似的技術從隨機的RNA庫中分離出能與特定的目標分子特異性結合的RNA序列，這種RNA序列能折疊成穩定的三維空間結構，因此形成了能與目標分子結合的結合位點，并將這些序列命名為配適體(aptamer)［7］。兩年后，從隨機的DNA序列庫也成功分離出了一段能與靶目標特異性緊密結合的單鏈DNA序列［8］。隨后，SELEX逐漸建立并且不斷發展。

目前，配適體主要應用在醫學領域以及電化學檢測方面。配適體在醫學領域上的研究，主要為藥物開發，例如作為某些疾病的抑制劑，此外，臨床診斷也是研究的主要內容。作為疾病的抑制劑，其原理主要是配適體能與一些致病的受體結合，從而使疾病得到控制。如Cohen和Forzan等人分析研究了配適體與引起艾滋病的HIV病毒的相互作用，獲得了一個能夠與HIV－1 R5株病毒結合的配適體，可中和HIV病毒的感染［9］。Charlton等人在臨床診斷方面對配適體的應用進了研究，并提出了一種對炎癥診斷性成像的新方法［10］。在電化學檢測的研究當中，配適體被應用于生物傳感器的開發研制當中［5，11］。隨著人們對配適體巨大應用潛力的認識，配適體近年來被應用到更多領域。

2 配適體技術在食品有害物檢測中的應用潛力

目前，引起食品安全性的物質的檢測大多需要昂貴的設備或者方法的假陽性率高，因此開發新的檢測方法具有極大的市場潛力。從理論上配適體能應用于檢測所有的靶分子，但在食品領域中，尤以在食品中有害物質檢測分析中的應用甚為少見，但是不可否認該技術將在食品安全檢測中具有極大的應用潛力。

2.1 配適體與三甲烷類化學染料

三甲烷類化學染料中，最為熟知的是孔雀石綠，它作為驅蟲劑廣泛應用于水產養殖業中。孔雀石綠能夠控制真菌對水產品如魚類的侵害，同時也能防止原生動物的感染，控制一些由蠕蟲腸蟲所引起的疾病。但是，孔雀石綠是致癌劑、致突變劑、致畸劑，能夠引起染色體斷裂以及具有呼吸毒性，毒性隨著暴露時間的增加而增大［12］。目前用于孔雀石綠檢測的方法有高效液相色譜熒光法和酶聯免疫吸附(ELISA)試劑盒法。

利用SELEX技術篩選出能夠特異性結合孔雀石綠的配適體代替抗體，可以制作成孔雀石綠檢測試劑盒。這種利用配適體的試劑盒沒有交叉反應，能夠滿足檢測靈敏度高的要求，也無需制備抗體，將DNA或RNA作為識別分子，易合成，成本低，易于標準化和自動化，因此有很大的開發潛力。Grate等人篩選出了能夠與孔雀石綠結合的配適體的堿基序列，為試劑盒的開發提供了基礎［13］。對于其他有可能用于有關食品領域的三甲烷類化學染料，也可以用相類似的方法進行研究。

2.2 配適體與重金屬

工業排放的汞、鎘、鉛等重金屬會對土壤，河流等造成污染，然后在農作物、海產魚類等食品原材料中蓄積而進入到人類的食物鏈中，引起人的急慢性食物中毒。食物中最為常見的污染包括汞、鎘、鉛還有砷等。在 GB/T 20380.1－2006及 GB/T 20380.2－2006中，用原子吸收光譜法分別對砷和汞進行測定，在 GB/T 20380.3－2006及 GB/T 20380.4－2006中，用電熱原子光譜對鉛和鎘進行檢測。

Ciesiolka等人對配適體和金屬離子的結合進行了研究。他們在有50個隨機位點的核糖寡核苷酸庫中挑選出了一種能與二價鋅離子結合的RNA配適體。這種配適體能與目標分子結合的部分，是一個能隨機的結合二價離子的位點。將配適體進行適度的修飾，使結合位點正好只能容納鋅離子的大小，這樣便能從中篩選得到目標配適體［14］。其后，Hofmann等人則對能與二價離子結合的配適體進行更深入的研究，發現結合部位的不對稱嘌呤數量豐富、有G－A交互作用的RNA，就會顯示出能與二價離子結合的特異性，并挑選出了能與Ni2+結合的配適體［15］。這些研究給配適體作為重金屬檢測提供了研究思路以及基礎，使開發重金屬配適體檢測試劑盒成為了可能。

2.3 配適體與真菌毒素

真菌毒素通常指的是作為次級代謝產物，由一些真菌類微生物所產生的，分子量相對較少(分子量少于700)，有毒的化學物質。農作物被真菌毒素感染，能引起一系列的急性或慢性中毒，其中慢性中毒包括了致癌，對肝臟造成損傷，致使免疫力低下等［16］。

黃曲霉毒素屬于真菌毒素的一類，通常由黃曲霉產生。毒素多數出現在谷物、花生等農作物以及由這些作物加工而成的產品當中，有時甚至在水產品及畜產品中也有可能發生黃曲霉毒素的殘留［17］。黃曲霉毒素根據結構不同可以分成很多種，其中，以黃曲霉毒素B1的毒性最強。目前檢測黃曲霉毒素B1的方法有酶聯免疫吸附法(ELISA)、薄層色譜法、微柱分析法以及高效液相色譜法等。

盡管目前配適體篩選及應用技術研究得最多的是蛋白質類靶分子［18］，對于類似黃曲霉素這種有機小分子類的靶分子，也有不少學者進行過研究。Lauhon和Szostak利用SELEX技術，成功的在體外篩選出一種RNA配適體，這種配適體能夠與核黃素特異性結合［19］;Mannironi等人在體外篩選出能與多巴胺結合的RNA配適體，并且利用與多巴胺相類似的分子與適配體結合，從而進一步的確定配適體與靶分子的結合部位［20］。Mann等人甚至篩選到一種分子量只有61.08的有機小分子——膽胺的配適體，而且篩選出的配適體與膽胺的結合力處在納摩爾范圍，顯示出極高的親和力［21］。

目前并未見有關文獻提及已經篩選出可以與黃曲霉毒素特異性結合的配適體，但根據配適體篩選技術(SELEX技術)的原理，從寡核苷酸庫中挑選出能與黃曲霉毒素結合的配適體是可能的。而上述研究也證明了可以在隨機寡核苷酸庫中篩選到與較小分子質量的有機分子特異性結合的配適體。如核黃素的分子量376.37，多巴胺分子量為153.18，這幾種物質都是含苯環的小分子物質。其中核黃素與黃曲霉毒素B1的分子質量(312.27)相近。因此，篩選出能與黃曲霉毒素B1特異性結合的配適體的可能性非常大。很多其它真菌毒素也可以類似地進行研究。

2.4 配適體與抗生素

目前，由于抗生素的過度使用，由抗生素超標引起的食品質量安全問題在國內外引起了越來越多的重視?？股貧埩袅康臋z測是世界肉類貿易中重要的技術指標和技術性壁壘之一，這一問題已成為制約我國動物產品出口的瓶頸。隨著儀器設備性能的提高和檢測方法的不斷改進，檢測標準向更高的方向發展。例如歐盟規定在動物源性食品中不得檢出氯霉素殘留，這意味著檢測儀器的檢出限就成為了標準。目前用于抗生素檢測的方法有液相色譜與質譜連用檢測法和酶聯免疫吸附法。

近年來，國外對抗生素分子配適體的篩選做了不少研究。Berens等人篩選出了與四環素分子結合的RNA配適體，并且對配適體的結合部位作出了分析研究［22］;Wochner等人也篩選出了一種與蒽環類抗生素特異性結合的DNA配適體［23］。盡管常見的殘留抗生素并未篩選出對應的配適體，但國外這些成功的篩選例子則提供了一種方法，使得篩選成為了可能。而且目前利用配適體檢測食品中的有害殘留還是空白，用配適體代替抗體用于酶聯技術中也未見報道，因此將抗生素分子配適體用于試劑盒制作具有非常大的開發潛力。

2.5 配適體與食源性致病菌

Chen和Zhou等人則研究了配適體對肺結核致病菌——結核分歧桿菌的結合作用。該配適體(NK2)與結核分歧桿菌有高度的結合力以及特異性［24］。

這一研究同樣給食源性致病菌的檢測提供了一個思路，如果在篩選出來的配適體上連接一個可識別的標記分子(如生物素標記物)，則可開發出一類新的食源性致病菌的檢測方法。

3 結語

理論上，利用SELEX技術能篩選出與任何靶目標分子結合的配適體。目前配適體主要應用于醫學以及電化學檢測方面，在食品檢測中的實際應用卻未有報道。由于現代食品檢測技術所需要的儀器設備成本高，維護費貴，檢測時間相對較長;而酶聯免疫吸附法(ELISA)雖能減少成本和檢測時間，但由于國內缺乏自主知識產權的產品，以及抗體制備困難，因而將配適體技術應用于食品檢測中具有很大的市場價值和潛力，而且國外研究資料提供了很多篩選方法和研究思路，也為配適體在食品檢測中應用提供了理論的基礎。參考文獻

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Potential application of aptamers in harmful substance detection in food

LUO Jian－ming1，PENG Xi－chun1，*，WU Xi－yang1，LAI Yi－dong2
(1.Department of Food Science and Engineering，College of Science and Technology，Jinan University，Guangzhou 510632，China;2.Dongguan Institute of Metrology and Quality Supervision Testing，Dongguan 523120，China)

An aptamer is defined as a section of functional single－stranded oligo－nucleic sequence selected from systematic evolution of ligands by exponential enrichment(SELEX)that binds to its ligands with high affinity and specificity.The research and application of aptamers in many research fields had been gradually developed.The potential application in the detection of food safety of aptamers had been analyzed and discussed.

aptamer;triarylmethane dye;heavy metal;mycotoxin;antibiotic

TS201.1

A

1002－0306(2011)06－0457－04

2010－06－04 *通訊聯系人

羅劍鳴(1986－)，男，在讀碩士研究生，研究方向:食品安全。

東莞市科技計劃項目(200910810176)資助。