作者：馬春陽、尼格爾·弗倫奇、吳熙陽、桑迪普·K·古普塔、塔努什麗·B·古普塔 所屬機構：新西蘭梅西大學獸醫學院，帕默斯頓北校區4474

摘要

產孢細菌，尤其是梭菌屬（Clostridium）和芽孢桿菌屬（Bacillus），在食品系統中普遍存在，其攝入可能對人類和動物造成嚴重疾病。這些細菌在多種食品基質中的持久存在以及對傳統處理方法的抗性，使得快速、準確的檢測對于有效監測和控制至關重要。傳統的基于培養和生化的方法仍是識別這些細菌的標準手段，但往往耗時、勞動強度高且靈敏度有限。相比之下，基于核酸的方法通過直接針對致病或腐敗菌株的遺傳標記，提供了快速、特異且靈敏的檢測方式。本文綜述了包括PCR、FISH、LAMP、RPA、WGS以及新興的CRISPR/Cas系統在內的核酸方法在食品系統中檢測梭菌屬和芽孢桿菌屬的應用情況。每種方法都有其獨特的優勢和局限性：基于PCR的方法能夠實現精確定量，但需要熱循環；基于FISH的方法操作簡單，但依賴顯微鏡觀察且在食品檢測中的驗證程度有限；基于WGS的方法可以提供菌株級別的特征分析，但依賴于信息學技術和專用設備；等溫技術（如LAMP和RPA）可實現現場快速檢測，但引物設計復雜或對近緣基因的區分能力較差；CRISPR/Cas平臺進一步提高了檢測的簡便性、特異性和靈敏度，盡管針對產孢細菌的驗證仍需進一步研究。總體而言，本文概述了用于檢測梭菌屬和芽孢桿菌屬的核酸方法的基因靶標、方法學調整及分析性能，并強調了當前進展及未來提升食品安全監測的潛力。

引言

產孢細菌（如厭氧的梭菌屬和需氧的芽孢桿菌屬）在食源性疾病和食品腐敗中起著重要作用。梭菌屬和芽孢桿菌屬以兩種形式存在：營養細胞和孢子。營養細胞處于活躍生長狀態，而孢子是在不利條件下進入休眠狀態的形態。每個營養細胞僅產生一個孢子，該孢子攜帶所有營養細胞中的遺傳信息（Moeller等人，2009年）。這兩種形式存在于多種食品中，包括乳制品、大米、肉類和蔬菜（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）。 攝入被梭菌屬或芽孢桿菌屬污染的食品可能導致多種疾病，包括腹瀉和嘔吐綜合征、氣性壞疽以及肉毒桿菌中毒，具體取決于涉及的菌種和毒素（Bennett等人，2013年）。產氣莢膜梭菌（Clostridium perfringens）是最常見的食源性疾病致病菌之一，美國每年估計有100萬例食物中毒病例（Sridapan等人，2021年）。在英格蘭，估計8-13%的胃腸道食源性疾病暴發與產氣莢膜梭菌有關（Bhattacharya等人，2020年）。美國疾病控制與預防中心（CDC）報告稱，有63,400例食源性疾病和20例由蠟樣芽孢桿菌（Bacillus cereus）感染引起的住院病例（Scallan等人，2011年）。鑒于產孢細菌對人類健康的危害，及時準確地檢測這些細菌至關重要。 傳統的基于培養和生化的方法仍廣泛用于食品中營養細胞或孢子的計數與鑒定（Rajapaksha等人，2019年；Rhodehamel & Harmon，2021年；Thompson等人，2005年）。然而，這些方法通常復雜、費時，且可能缺乏靈敏度和特異性。此外，基于培養的產孢細菌檢測方法通常需要特定的生長條件來促進孢子萌發和營養細胞生長，從而延緩檢測速度（Gupta & Brightwell，2023年；Kawai & Nakano，2025年；Shams等人，2020年）。相比之下，基于核酸的檢測方法可以直接檢測目標DNA或RNA，從而實現更快、更可靠的鑒定和確認。 為克服傳統檢測方法的局限性，已開發出多種基于核酸的技術來檢測梭菌屬和芽孢桿菌屬，包括聚合酶鏈反應（PCR）（Banger等人，2021年）、熒光原位雜交（FISH）（Weerasekara等人，2013年）、等溫核酸擴增技術（如環介導等溫擴增LAMP）（Cecere等人，2021年）和重組酶聚合酶反應（RPA）（Guo等人，2022年）。全基因組測序（WGS）也為這些細菌的物種區分和毒力基因分析提供了全面見解（Frentzel等人，2022年）。最近，基于CRISPR/Cas系統的快速、靈敏且特異的診斷方法也被用于檢測多種食源性疾病病原體，包括產孢細菌（Gootenberg等人，2017年；Jiang等人，2023年；Xu等人，2023年；Zhang等人，2021年）。 本文綜述了針對食品系統中梭菌屬和芽孢桿菌屬的基于核酸的檢測方法，重點介紹了基因靶標、方法學調整及分析性能，并探討了CRISPR/Cas系統在提高檢測靈敏度和特異性方面的潛力。

DNA提取

基于核酸的檢測方法已成為識別產孢細菌的營養細胞和孢子的可靠、快速且靈敏的工具。這些技術能夠在短時間內檢測到低水平的微生物，對食品安全監測具有價值。 應用基于核酸的方法檢測產孢細菌時，有兩個關鍵因素需予以重視：首先是樣品制備對檢測結果的影響。

結論與未來展望

產孢細菌，尤其是梭菌屬和芽孢桿菌屬，因其能夠形成孢子并在極端環境下存活，是導致食品腐敗和食源性疾病的主要因素。它們在食品中的存在對經濟和公共衛生構成威脅（Adimpong等人，2012年；Scallan等人，2011年；Tirloni等人，2022年）。傳統的基于培養和生化的方法仍是識別的金標準，但它們勞動強度高、耗時較長。

作者貢獻聲明

**馬春陽**：撰寫綜述與編輯、初稿撰寫、方法學設計、實驗實施、數據分析。 **尼格爾·弗倫奇**：撰寫綜述與編輯、監督工作。 **吳熙陽**：撰寫綜述與編輯、監督工作。 **桑迪普·K·古普塔**：撰寫綜述與編輯、監督工作、資源協調。 **塔努什麗·B·古普塔**：撰寫綜述與編輯、監督工作、資金籌集、概念構思。

關于寫作過程中使用生成式AI和AI輔助技術的聲明

在撰寫本文過程中，作者謹慎地使用了ChatGPT來提升語言表達和可讀性。使用該工具/服務后，作者對內容進行了必要的審查和編輯，并對出版物的內容承擔全部責任。

利益沖突聲明

作者聲明沒有已知的財務利益或個人關系可能影響本文的研究結果。

致謝 本項工作得到了新西蘭-中國食品安全網絡（NZ-CFPN）和新西蘭經濟與創新部（MBIE）的資助。