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从《生物安全法》的实施,看食品行业的分子诊断技术迭代

放大字体  缩小字体 发布日期:2021-04-23  来源:sjgle
核心提示:1953年,沃森和克里克发表的DNA双螺旋结构模型标志着分子生物学的诞生,自此人类有了探索生物起源、进化、发展的新途径。最重要的是,分子生物学的应用已经覆盖到生产生活、医疗健康、社会发展的方方面面,这一成果也被誉为20世纪以来生物学方面最伟大的发现。然而,分子生物学也给社会带来一定的负担,安全、伦理、生态系统等多个层面都面临着严峻的考验。
   1953年,沃森和克里克发表的DNA双螺旋结构模型标志着分子生物学的诞生,自此人类有了探索生物起源、进化、发展的新途径。最重要的是,分子生物学的应用已经覆盖到生产生活、医疗健康、社会发展的方方面面,这一成果也被誉为20世纪以来生物学方面最伟大的发现。然而,分子生物学也给社会带来一定的负担,安全、伦理、生态系统等多个层面都面临着严峻的考验。
 
  2021年4月15日,于2020年10月中国全国人大常委会审议通过的《生物安全法》正式生效,这标志着我国对于生物安全监管的全面升级。《生物安全法》以建立生物安全风险监测预警制度、风险调查评估制度、信息共享制度、信息发布制度、名录和清单制度、标准制度、生物安全审查制度、应急制度、调查溯源制度、国家准入制度和境外重大生物安全事件应对制度等11项基本制度为基础,为生物安全管理的全链条上了一把锁。当然,《生物安全法》覆盖的范围更广泛,不仅包括生物技术研究、开发与应用层面,还包括重大新发突发传染病、动植物疫情、病原微生物实验室生物安全、人类遗传资源和生物资源安全、生物恐怖袭击和生物武器威胁等,当下仍在全球范围内肆虐的新冠疫情就是给全世界国家的一次生物安全"大考"。
 
  分子生物学助力食品检测
 
  很多人认为生物安全和食品安全是两个完全不同的概念,而实际上二者是交叉关联的关系,比如对进口冷冻食品新冠病毒的检测,既可以认为是生物安全的防控措施,也可以认为是食品安全的检测手段,要知道,对病原体的检测也是食品安全的重要环节之一。
 
  食品原料大来源较为广泛,但主要是动物、植物和微生物等生物制品,因此核酸检测、抗体检测和抗原检测也是食品检测常用的几种方法,由于抗原检出率较低,通常不会采用。整体来看,核酸检测的应用更为普遍,可以囊括绝大多数生物制品的检测,微生物污染、转基因食品、食品掺假等都可以通过核酸检测的形式作出鉴定,该技术被称为聚合酶链式反应(PCR)。
 
  PCR的进化
 
  聚合酶链式反应(PCR)是一种用于放大扩增特定的DNA片段的分子生物学技术,它可看作是生物体外的特殊DNA复制,PCR的最大特点是能将微量的DNA大幅增加。由于该技术的发生依赖于酶的作用,因此1988年Saiki等人在黄石公园温泉中分离的一株水生嗜热杆菌中提取到一种耐高温DNA聚合酶,才真正将PCR技术变为可应用的现实技术。
 
  PCR需要经过变性、退火、延伸三个过程。首先,一般先于94℃(或95℃)变性3~10min,接着94℃变性30~60;其次,将反应混合物冷却至某一温度,通常在40~60℃之间,时间为30~45s,这一温度可使引物与它的靶序列发生退火;最后,再将温度提升到70~75℃,使退火引物在DNA聚合酶作用下得以延伸,延伸时间要根据DNA聚合酶的延伸速度和目的扩增片段的长度确定。不断重复该过程,可以使目标核酸片段迅速扩增数倍,直到满足检测要求。随着食品行业对快速检测、操作便捷性、准确性要求的不断提升,常规PCR技术这种对温度要求高、设备依赖性强的属性使其很难应用于实验室之外,不能满足日常的检测需要,依托PCR技术的迭代不断得以涌现。
 
  目前的恒温扩增技术有环介导恒温扩增技术(LAMP)、链替代恒温扩增技术(NASBA)、滚环恒温扩增技术(RCA)、依赖解旋酶恒温扩增技术(HDA)、重组酶聚合酶扩增(RPA)、链替代扩增 (SDA)、单引物恒温扩增技术(SPIA)等,其中环介导恒温核酸扩增和重组酶聚合酶扩增是最被看好的两种技术。
 
  环介导恒温核酸扩增(LAMP)
 
  环介导恒温核酸扩增(LAMP)是日本学者Notomi等在2000年发表的一种核酸扩增的方法,其特征在于使用4种不同的引物专门设计用于识别靶DNA的6个不同区域,在链置换聚合酶的作用下可以在恒温条件(60℃-65℃)实现连续扩增,无需常规PCR中变性、退火、延伸等步骤,具有反应速度快、特异性强、灵敏度高、硬件要求低等特点。
 
  目前,该方法已经被广泛应用于出口食品致病菌的检测,相关标准包括SN/T 2754.1-2011 出口食品中致病菌环介导恒温扩增(LAMP)检测方法 第1部分:金黄色葡萄球菌、SN/T 2754.15-2011 出口食品中致病菌环介导恒温扩增(LAMP)检测方法 第15部分:阪琦肠杆菌等15项。2020年,农业农村部发布公告第323号-9-2020环介导等温扩增方法制定指南,对转基因植物及其产品成分检测的方法制定做出指导。
 
  重组酶聚合酶扩增(RPA)
 
  重组酶聚合酶扩增(RPA),被称为是可以替代PCR的核酸检测技术。RPA技术依赖于在常温下有活性的能结合单链核酸(寡核苷酸引物)的重组酶、单链DNA结合蛋白(SSB)和链置换DNA聚合酶三种酶,其最佳反应温度在37℃左右,在常温下就可实现目标核酸的扩增,可以真正的应用于现场的快速检测。该技术在出口食品成分的快速检测中也较为常用,由于专利等因素的限制,其酶源选择也不同,也被称为重组酶介导链替换核酸扩增法(RAA法),我国已制定SN/T 5227-2019 重组酶介导链替换核酸扩增法(RAA法)相关标准11项。
 
  随着《生物安全法》的实施,核酸扩增检测技术作为保障生物安全的重要手段必将持续更新迭代,技术的延伸应用也会让食品行业持续受益。可以预见,分子诊断技术在食品行业的应用将迎来新一轮的扩张期。
 
 
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