食品中大腸桿菌O157∶H7疑似菌株的分離和鑒定研究

楊一群，陳 洋，杜文芳，侯斌斌，畢旺來，李 睿，2*

（1.武漢輕工大學 生物與制藥工程學院，湖北 武漢 430023；2.農產品加工湖北省協同創新中心，湖北 武漢 430023）

很多腸出血性大腸桿菌都能引起人出現出血性腹瀉。美國俄勒岡和密執安州在1982年發生了一些出血性腸炎的爆發流行病例，并從其中一個患者糞便中分離出腸出血性大腸桿菌O157∶H7[1]。O157菌株致病機理非常復雜，stx基因、LEE毒力島編碼intimin的eae基因和大質粒上編碼溶血素的hly基因等都是其重要毒力因子[2]。O157主要毒力因子是位于噬菌體基因上的stx1、stx2基因，這兩種基因分別編碼志賀毒素Stx1、Stx2[3]。目前腸出血性大腸桿菌包括了多種血清型大腸桿菌，如O157、O26、O111等，但O157∶H7血清型仍是引起人類出血性結腸炎的主要致病菌，其還可以引起人患溶血性尿毒綜合征等食物中毒并發癥，嚴重者發生急性腎衰竭而死亡[4]。腸出血性大腸桿菌O157∶H7可以通過3種方式進行傳播：食源性傳播、水源性傳播及接觸傳播。其中食源性傳播最為普遍，主要是以牛肉、豬肉等動物性食物為主要載體進行傳播[5]。美國、加拿大、日本、英國等國曾多次爆發O157∶H7感染疫情[6]。因此腸出血性O157∶H7的檢驗檢疫一直是世界各地食品安全的重要研究內容[7]。

目前國標法檢測O157∶H7有常規平板培養法、免疫磁珠捕獲法、聚合酶鏈反應（polymerase chain reaction，PCR）法[8]。平板培養法經過逐級選擇性平板培養，陽性菌落做血清學實驗和生化實驗驗證，步驟較多較費時；免疫磁珠捕獲法與常規平板培養法步驟類似，操作復雜，費時；PCR雖然快速靈敏，但是假陽性高，只能作為檢測O157∶H7的初級手段使用，不能從樣本中分離篩選出O157∶H7菌株，陽性樣本往往還需要進一步實驗驗證。

采用以上3種方法，并優化技術路線，對武漢市售食品樣品進行O157∶H7快速檢測和分離篩選，并鑒定篩選出的O157∶H7疑似菌株，以評估采用的篩選方法的可靠性。本研究結果對今后進行食品中O157∶H7快速檢測和篩選鑒定，提高檢測準確性，具有積極意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

1.1.1 材料

O157∶H7陽性對照菌株（EC150）：日本九州大學贈送；5株O157∶H7疑似菌株：分別從武漢市售牛肉和豬肉樣品中分離得到。

1.1.2 試劑

DNA 分子量標準物、TaqPCR 試劑盒（DR001B）、VT1/VT2檢測試劑盒（RR105A）：日本Takara公司；Gold-View核酸染料：賽百盛基因技術有限公司；大腸桿菌O157免疫磁珠分離試劑盒：天津生物芯片技術有限責任公司；O157、H7診斷血清：寧波天潤生物藥業有限公司；改良山梨糖醇麥康凱瓊脂（modified sorbitol macconkey agar，CT-SMAC）、改良O157顯色培養基、新生霉素、腦心浸液培養基（brian heart infusion，BHI）培養基：武漢法斯特生物檢驗技術有限公司；TIANGEN 細菌基因組提取試劑盒：武漢華順生物技術有限公司；引物委托武漢鼎國生物技術有限公司合成。

1.2 儀器與設備

HMB-400B拍擊式均質器：天津市恒奧科技發展有限公司；GBox-HR-E-M凝膠圖像系統：英國Syngene公司；臺式高速冷凍離心機：德國eppendorf公司；DYY-10C電泳儀：北京六一儀器廠；Tgradient PCR儀：德國Biometra公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品處理

在2013年5～9月期間，在武漢市22個菜市場、大型超市分批采集樣品117份。食品樣品采集后放入無菌均質袋，冰袋冷藏運回。當天即進行富集培養。無菌操作，稱取12.5 g樣品，同112.5 mL滅菌TSB培養液一起放入均質袋中，在拍擊式均質器中均質90 s，將均質后的培養液轉入三角瓶中，37 ℃培養22 h。取菌液1 mL于EP管中，加入甘油凍存。

1.3.2 食品中O157∶H7快速檢測和分離篩選流程圖

食品中樣品O157∶H7快速檢測及分離篩選工藝流程見圖1。

1.3.3 混合菌液DNA提取

取培養后的菌液1 mL于EP管中，12 000 r/min離心3 min并去掉上清液。按TIANGEN 細菌基因組DNA提取試劑盒說明操作，提取細菌基因組DNA。提取后的DNA溶解在50 μL TE緩沖液中。取5 μL DNA于1%的瓊脂糖凝膠電泳，檢測細菌DNA是否提取完好。將提取完好的細菌DNA于-20 ℃冰箱中保存。

圖1 食品樣品大腸桿菌O157：H7快速檢測和分離篩選技術流程圖Fig.1 Flow chart of screening and separation of E.coli O157∶H7 in food samples

1.3.4 PCR擴增rfbO157、stx基因

VT1/VT2檢測試劑盒用來擴增stx1和stx2基因。stx1預期產物大小為349 bp；stx2預期產物大小為404 bp。rfbO157引物及預期產物大小見表1。

表1 PCR引物序列及產物大小Table 1 PCR primer sequence and length of the PCR amplification products

stx基因擴增體系及條件如下：

檢測體系：10×buffer 2.5 μL；2.5 mmol/L dNTP 2 μL；10 μmol/L引物 各0.5 μL；TaqDNA 聚合酶0.15 μL；模板1 μL DNA；dddH2O 18.85 μL。反應條件：94 ℃預變性5 min；94 ℃變性1 min，55 ℃退火1 min，72 ℃延伸1 min，共35個循環；72 ℃延伸10 min。陰性對照用無菌水。

rfbO157基因擴增體系及條件如下：

檢測體系：10×buffer 2.5 μL；2.5 mmol/L dNTP 2 μL；10 μmol/L引物 各0.5 μL；TaqDNA 聚合酶0.15 μL；模板1 μL DNA；dddH2O 18.35 μL。反應條件：94 ℃預變性3 min；94 ℃變性1 min，59 ℃退火1 min，72 ℃延伸1 min，共30個循環；72 ℃延伸10 min。陰性對照用無菌水。

1.3.5 分離O157菌株

將stx以及rfbO157PCR檢測結果均為陽性的菌液，復蘇。用添加有新生霉素的EC增菌培養液，41 ℃下重新富集培養22 h。取20 μL O157免疫磁珠加入離心管，并加入1 mL增菌液混合，按免疫磁珠試劑盒說明書操作，將離心管放在磁珠分選儀上進行免疫磁珠捕獲。吸取所有含免疫磁珠的洗脫液在O157改良顯色平板上，涂布一半平板，另一半平板做劃線培養。于37 ℃培養20 h。挑取紅色陽性單菌落轉接CT-SMAC平板，37 ℃培養12 h。將無色陽性菌落用O157診斷血清進行玻片血清凝集實驗。同時挑取該無色菌落于PCR管中做菌落PCR。

1.3.6 O157抗原血清學鑒定

分別取1滴O157診斷血清和1滴生理鹽水滴在載玻片左右兩邊，分別用滅菌牙簽挑取適量菌泥在O157診斷血清和生理鹽水中涂布開，晃動載玻片，在1 min內觀察菌體是否出現凝集現象。若生理鹽水未出現菌體凝集反應而診斷血清出現凝集反應，則檢測的樣品為陽性。陽性對照組采用參考菌株EC150。

1.3.7 菌落PCR鑒定stx基因

VT1/VT2檢測試劑盒用來擴增stx1和stx2基因。用滅菌牙簽在CT-SMAC平板上沾取適量菌體于PCR管中，加入PCR反應液。菌落PCR反應體系為：10×buffer 1 μL；2.5 mmol/L dNTP 0.8 μL；10 μmol/L引物 各0.2 μL；TaqDNA 聚合酶0.08 μL；無菌雙蒸水7.72 μL。PCR擴增程序：94 ℃預變性8 min；94 ℃變性30 s，55 ℃30 s，72 ℃30 s，共30個循環；72 ℃延伸10 min。陰性對照為無菌水。

1.3.8 H7鞭毛抗原血清學鑒定

方法參考文獻[9]。將待鑒定的O157∶H7疑似菌株，采用穿刺接種法接種于4%強營養軟瓊脂中，37 ℃培養過夜后再轉接于4%強營養軟瓊脂，重復穿刺接種培養4次。將鞭毛誘導好的細菌轉接于BHI液體培養基中，37 ℃培養過夜，等量加入含1%甲醛的生理鹽水，制成待檢樣。取2支干凈小試管，分別加入0.5 mL待檢樣品和生理鹽水，滴加3滴H7診斷血清，50 ℃水浴加熱1 h。如生理鹽水無凝集，而血清出現絮狀沉淀，則待檢樣品為陽性。

1.3.9 純菌DNA模板的制備

將待檢菌株接種于5 mL LB液體培養基中，37 ℃，培養16 h。取1 mL菌液于離心管中，按1.3.2方法制備DNA。

1.3.10 PCR檢測fliCH7基因

PCR反應體系為：10×buffer 2.5 μL；2.5 mmol/L dNTP 2 μL；0.2 μmol/L引物 各0.5 μL；TaqDNA 聚合酶0.15 μL；模板1 μL DNA；dddH2O：18.35 μL。PCR擴增程序：94 ℃預變性3 min；94 ℃變性1 min，59 ℃退火1 min，72 ℃延伸1 min，共30個循環；72 ℃延伸10 min。陰性對照用無菌水。引物參考文獻[10]合成。

2 結果與分析

2.1 食品中O157∶H7疑似菌株的檢測、分離和篩選

采用圖1所示流程，對117份食品樣品進行了PCR擴增，經檢驗，117份樣品中有55份樣品rfbO157基因PCR檢測結果顯示陽性，但其中有20份樣品stx基因檢測結果為陰性，stx和rfbO157基因同時檢出為陽性的樣品有35份。

從這35份樣品中挑選部分樣品，經過免疫磁珠分離、顯色培養基培養、O157診斷血清玻片凝集反應鑒定等步驟，分離篩選出4株O157∶H7疑似菌株，但有一份樣品經過免疫磁珠捕獲后在O157顯色培養基上培養時，菌落為紅色，在CT-SMAC平板上菌落為無色，呈現出典型的O157陽性菌落特征。但用O157單價血清做玻片凝集實驗時，挑選的單菌落均無法與O157診斷血清產生凝集反應，始終無法從該陽性樣品中分離到陽性單菌落。該份樣品改用菌落PCR法篩選單菌，篩出1株O157∶H7疑似菌株，命名為EC5.11。EC5.11菌落PCR檢測結果電泳圖樣如圖2所示。

圖2 stx基因菌落PCR擴增產物瓊脂糖凝膠電泳圖Fig.2 Agarose gel electrophoresis of colony PCR amplification products of stx gene

由圖2可知，5種O157∶H7疑似菌株均攜帶stx基因。

2.2 O157∶H7疑似菌株的鑒定

將5株O157∶H7疑似菌株重新分離純化后，按1.3.8方法進行H7鞭毛誘導恢復。然后進行H7抗原血清學鑒定。5株菌中僅有1株菌EC9.101有較明顯的凝集反應。5株菌都能與O157抗原發生凝集反應，但凝集反應程度不同，EC5.11僅能與O157診斷血清產生微弱凝集反應。用PCR方法對5株菌的rfbO157及fliCH7基因進行檢測。PCR檢測結果電泳圖分別如圖3、圖4所示。

圖3 rfbO157基因PCR擴增產物瓊脂糖凝膠電泳圖Fig.3 Agarose gel electrophoresis of PCR amplification products of rfbO157gene

由圖3可知，5株菌rfbO157檢測結果均為陽性，表明5株菌O抗原為O157血清型。

圖4 fliCH7基因PCR擴增產物瓊脂糖凝膠電泳圖Fig.4 Agarose gel electrophoresis of PCR amplificatio products of fliCH7gene

由圖4可知，4株菌fliCH7為陽性。經過PCR和血清學實驗最終確定出，5株疑似菌株有4株為O157∶H7型，菌株EC9.102為O157血清型，H抗原血清型待定。

3 結論

本研究發現，EC5.11在O157改良平板和CT-SMAC平板上生長時，均呈現典型的O157陽性菌落特征，但無法與O157診斷血清發生良好凝集反應。反之，很多細菌如赫氏埃希菌因與O157具有類似抗原，也能與O157診斷血清產生強凝集反應[11-12]。因此血清學方法是一種可靠性比較差的篩選方法，單一采用血清學鑒定的方法分離和鑒定O157：H7非常不可靠。

很多O157菌株不攜帶stx基因，這些菌株不能產生志賀毒素，對人類健康影響較少[13]。本次研究有20份樣品檢出rfbO157基因陽性，但stx基因檢測結果為陰性。我國公布的行業標準致病菌PCR檢測法僅單一擴增O157標志基因rfbO157，并不能說明食品中污染的O157是否具有致病力[14]。因此對食品中O157污染狀況進行檢測評估時，建議采用三重PCR先進行初篩，同時檢測O157抗原標志基因比如rfbO157、志賀毒素編碼基因stx1和stx2。此方法較之行業標準方法，可以對食品中O157的毒力狀況進行較全面的判定。

國標法在O157∶H7分離篩選流程中，先后采用了CT-SMAC、O157改良顯色培養基、TSI培養基、MUG-LST肉湯等進行選擇性培養和初步生化鑒定，陽性菌落再進行血清學實驗。在實際篩選工作中發現，TSI、MUG-LST針對O157∶H7特異性并不強，因此篩選流程中去除了這兩種培養基。經過免疫磁珠捕獲、O157改良顯色培養基和CT-SMAC選擇性培養后，將陽性菌落同時做血清學鑒定和菌落PCR，可以在減少工作量同時提高PCR陽性樣本中O157菌株的分離率，避免漏篩。

在進行H7鞭毛抗原血清學鑒定時，有4株菌表現為陰性，但在PCR鑒定fliCH7時，這4株菌中有3株都為H7鞭毛抗原陽性。很可能是在進行菌體鞭毛誘導時，鞭毛生長不充分或根本沒有長出鞭毛。很多類似研究也證實O157∶H7疑似菌株采用血清學鑒定和PCR鑒定時，結果差異較大[15]。因此血清學鑒定的結果不可以作為實驗最終結果，只能作為參考。PCR鑒定更靈敏，特異性更強，適合在菌株篩選和鑒定中作為主要方法使用。

[1]RILEY L W,REMIS R S,HELGERSON S D,et al.Hemorrhagic colitis associated with a rareEscherichia coliserotype[J].New Engl J Med,1983,308(12):681-685.

[2]LAW D.Virulence factors ofEscherichia coliO157 and other Shiga toxin-producingE.coli[J].J Appl Microbiol,2000,88(5):729-745.

[3]MANNING S D,MOTIWALA A S,SPRINGMAN A C,et al.Variation in virulence among clades ofEscherichia coliO157:H7 associated with disease outbreaks[J].P Natl Acad Sci USA,2008,105(12):4868-4873.

[4]MARTIN B.Treatment options for HUS secondary toEscherichia coliO157:H7 HUS treatment options[J].Kidney Int,2009,75(112):62-66.

[5]BAYLIS C.Raw milk and raw milk cheeses as vehicles for infection by verocytotoxin-producingEscherichia coli[J].Int J Dairy Technol,2009,62(3):293-307.

[6]王培育，周 梅.腸出血性大腸桿菌O157∶H7 檢測技術進展[J].國際檢測醫學雜志，2013，34（19）：2570-2572.

[7]宋宏新，李 宏.腸出血性大腸桿菌O157∶H7 的檢測方法進展[J].食品科學，2008，28（11）：607-610.

[8]劉秀梅，廖興廣，張秀麗，等.GB/T 4789.36—2008 食品衛生微生物學檢驗[S].北京：中國標準出版社，2008.

[9]王志強，許龍巖，李志勇，等.出血性大腸桿菌H7 鞭毛抗原的誘導恢復及鑒定[J].食品科學，2004，25（9）：144-146.

[10]PATON A W,PATON J C.Detection and characterization of shiga toxin genie Escherichia coli by using multiplex PCR assays forstxl,stx2 enterhemorrhagicE.coli hlyA，rfbO111andrfbO157[J].J Clin Microbiol,1998,36(2):598-602.

[11]趙 晉，薛 晴，楊曉蓉.與O157 診斷血清產生交叉凝集反應的9株赫氏埃希菌的分離鑒定[J].預防醫學情報雜志，2005，21（6）：757-758.

[12]張宗輝，奚弟榮.與志賀菌和大腸埃希菌O157 診斷血清交叉凝集反應細菌的分離和鑒定[J].預防醫學情報雜志，2013，29（7）：612-614.

[13]LI R,HARADA T,HONJOH K,et al.Phylogenetic analysis and Shiga toxin production profiling of Shiga toxin-producing enterohemorrhagicEscherichia coliclinical isolates[J].Microb Pathogenesis,2010,49(5):246-251.

[14]中國質量監督檢驗檢疫總局，SN/T 1869—2007 食品中多種致病菌快速檢測方法PCR 法[S].北京：中國標準出版社，2007.

[15]陳道利，許彥梅，羅 霞，等.PCR 方法檢測EHEC O157∶H7 的rfb_（O157）、fliC_（H7）、hlyA、eaeA、stx2及其變種基因[J].中國衛生檢驗雜志，2005，15（10）：1197-1200.