由沙門氏菌引起的沙門氏菌病是美國微生物食物中毒導致住院和死亡的主要原因之一[1]。美國疾病控制與預防中心（CDC）估計，沙門氏菌每年導致約130萬例食物中毒、12,500例住院和238例死亡[2]。由于其高發率，沙門氏菌病每年造成的損失估計約為40億美元[3]。此外，沙門氏菌是一種危險的動物源性病原體，家養動物如狗、貓、家禽甚至爬行動物都可能是沙門氏菌的攜帶者[4]。雖然食物是沙門氏菌的主要來源，但在某些情況下也可以通過與動物的直接或間接接觸傳播[5]。因此，對于能夠預先檢測沙門氏菌的特定和精確檢測方法的需求不斷增長。
包括國際標準化組織（ISO）、官方分析化學家協會（AOAC）、美國食品藥品監督管理局（FDA）和美國農業部食品安全檢驗服務局（FSIS）在內的多個監管機構仍然采用基于培養的檢測方法作為沙門氏菌檢測的參考標準[6]。傳統的沙門氏菌檢測方法（如ISO 6579-1:2017）通常包括四個基本步驟：非選擇性富集、選擇性富集、在選擇性瓊脂培養基上的篩選以及通過生化和血清學測試進行確認[6]。這些方法對目標微生物顯示出可靠的高特異性和敏感性，但存在不可培養的活細菌（VBNC），可能導致總活細胞數量被低估[7]。此外，這些方法至少需要三天時間才能將活細胞培養到可檢測的水平，因此需要進一步改進以實現快速和經濟的沙門氏菌檢測。目前，免疫磁分離（IMS）作為一種有前景的解決方案，可以減少富集時間并選擇性濃縮樣本中的目標微生物。IMS是一種免疫學技術，涉及將生物分子（如抗體或蛋白質）與順磁珠（MBs）結合[8]。當這些固定的MBs加入異質樣本中時，它們可以區分樣本基質中的非目標細菌和目標細菌，形成目標結合探針-MB復合物。通過施加磁場，可以輕松將結合在MBs上的細菌從背景基質中分離出來。IMS方法使用簡單的磁鐵，不需要昂貴或復雜的設備，因此既節省時間又經濟。
盡管有這些優點，IMS的性能在很大程度上依賴于親和分子的識別能力。抗體仍然是各種領域中檢測微生物病原體、病毒和毒素的主要捕獲劑[9]。然而，由于依賴哺乳動物細胞系統，抗體的生產成本較高，并且經常存在重復性問題[10,11]。大多數用于食品中沙門氏菌檢測的免疫學方法基于識別細菌細胞表面脂多糖（LPS）或鞭毛上的O抗原的抗體。然而，沙門氏菌與其他腸桿菌科（如大腸桿菌和檸檬酸桿菌）具有某些抗原共性，這可能導致交叉反應[12,13]。
最近，人們還探索了其他識別元件，如適配體、凝集素和抗菌肽，以克服抗體的局限性[[14], [15], [16], [17], [18]]。適配體是單鏈核酸，通過序列依賴性折疊識別目標，相比抗體具有優勢，包括無需動物參與的體外選擇、高批次間重復性和易于化學修飾[[19], [20]]。然而，它們的結合性能容易受到環境條件的影響，在復雜基質中保持結構完整性具有挑戰性[21,22]。凝集素是結合微生物細胞表面糖胺聚糖結構的碳水化合物結合蛋白。它們相對較低的成本和對多糖的天然親和力使其適合捕獲病原體；然而，廣泛的糖胺聚糖識別特性可能導致菌株水平的特異性受限[23,24]。抗菌肽主要通過靜電吸引和與細胞膜的疏水相互作用與細菌細胞相互作用，而不是通過特異性識別表面分子，從而實現快速和廣譜結合[25]。雖然它們的小尺寸和合成便利性具有優勢，但其膜驅動的結合機制可能導致分析條件下的基質依賴性和菌株水平特異性受限[26,27]。因此，迫切需要穩健且可工程化的檢測配體，以有效識別復雜樣本中的沙門氏菌。
噬菌體是一種感染并在細菌宿主細胞內復制的病毒[28]。作為最豐富的生物實體，噬菌體具有高度獨特的宿主靶向能力，因此在食品安全、農業和生物技術等多個領域得到廣泛應用[[29], [30], [31], [32]]。噬菌體的顯著特異性歸因于其受體結合蛋白（RBPs），這些蛋白通常位于噬菌體尾部，作為尾刺蛋白（TSPs）或尾纖維蛋白（TFPs），它們通過識別特定的配體（如細菌表面的多糖或蛋白質）來決定噬菌體的宿主范圍[33]。RBPs是設計用于選擇性靶向宿主細胞、穿透細胞膜并將噬菌體基因組注入宿主細胞質的結構機制[34]。除了整個噬菌體外，RBPs還因其優勢特性而成為診斷應用中的有吸引力的識別元件。首先，RBPs表現出高宿主特異性，減少了系統發育相關物種之間的交叉反應，并能夠區分血清型[[35], [36], [37]]。這種特異性源于它們精確識別并結合宿主細菌表面相應目標分子的生物學功能，從而啟動感染周期。其次，噬菌體RBPs在各種環境條件下（包括熱、蛋白酶暴露和pH變化）表現出高穩定性，這對實際診斷應用非常有利[36,38,39]。最后，預計噬菌體RBP的生產將具有成本效益，因為RBPs可以在大腸桿菌中重組生產，而抗體的生產通常依賴于哺乳動物細胞表達系統。最近，已有幾種方法將噬菌體RBPs整合到生物傳感器平臺中，用于檢測各種病原體[36,40,41]。
在這項研究中，我們通過失活SFP10噬菌體的LPS降解能力和去除非必需的頭部結合域，改造了沙門氏菌特異性尾刺蛋白2（gp162）。我們確認了這種改造后的TSP2作為捕獲劑對沙門氏菌的增強結合能力和特異性。為了將這種改造后的TSP2固定在硅涂層磁珠上，我們引入了來自蠟樣芽孢桿菌 CotB1蛋白的硅結合部分（SiBD）。基于這種改造后的TSP2的磁分離（T-MS）在緩沖液和食品基質中對沙門氏菌腸炎亞種表現出高特異性和回收率。此外，T-MS結合ATP生物發光檢測方法能夠在30分鐘內檢測到豬肉、雞胸肉、生菜和牛奶樣本中的活沙門氏菌細胞。基于這些結果，我們認為這種檢測方法在食品安全和診斷應用中提供了高可靠性和時間效率。
