本綜述由陜西科技大學(xué)李國梁教授團(tuán)隊完成，系統(tǒng)性地提出并解析了噬菌體生物傳感器在食源性病原體檢測中的新策略，聚焦于從“識別元件”到“信號轉(zhuǎn)導(dǎo)”的全鏈條放大技術(shù)。綜述構(gòu)建了一個全新的分析框架，系統(tǒng)梳理了噬菌體生物傳感器在食源性病原體檢測中的應(yīng)用。文章從檢測靶標(biāo)和標(biāo)記物出發(fā)，詳細(xì)闡述了如何通過信號放大策略來顯著提升傳感器的檢測性能，并全面總結(jié)了基于不同信號輸出模式的生物傳感器設(shè)計及其在復(fù)雜食品基質(zhì)中的應(yīng)用。

研究亮點

顛覆性的“識別-信號”雙放大視角：首次從檢測靶標(biāo)和信號放大策略兩個維度，對噬菌體生物傳感器進(jìn)行了系統(tǒng)性重構(gòu)和深度解析，超越了以往僅關(guān)注噬菌體本身修飾的局限。

全面的檢測靶標(biāo)圖譜繪制：系統(tǒng)歸類了噬菌體生物傳感器可利用的檢測標(biāo)記，不僅包括傳統(tǒng)的細(xì)菌表面受體，更涵蓋了裂解釋放的胞內(nèi)酶（如 β-gal， CAT， ALP）、基因組DNA、ATP，甚至是具有生物擴(kuò)增能力的子代噬菌體，為多靶標(biāo)檢測提供了新思路。

多維度的信號放大策略整合：深入探討了磁性富集、光學(xué)材料、電活性物質(zhì)及核酸擴(kuò)增技術(shù)如何與噬菌體識別系統(tǒng)協(xié)同，通過物理、化學(xué)和生物手段實現(xiàn)信號的指數(shù)級增強。

活菌檢測的卓越能力：強調(diào)了噬菌體作為識別元件的核心優(yōu)勢——能夠特異性區(qū)分活菌和死菌，有效避免了傳統(tǒng) PCR 等方法因死菌 DNA 干擾而產(chǎn)生的“假陽性”結(jié)果，為食品安全精準(zhǔn)監(jiān)控提供了可靠工具。

POCT 實際應(yīng)用的強大潛力：全面分析了基于比色、熒光、電化學(xué)等平臺的噬菌體生物傳感器在復(fù)雜真實樣品中的應(yīng)用，檢測時間可縮短至30 分鐘以內(nèi)，檢測限可達(dá)1 CFU/mL，展現(xiàn)了其在現(xiàn)場快速檢測中的巨大前景。

研究背景

食源性病原體污染是全球公共衛(wèi)生面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，每年導(dǎo)致數(shù)億人患病，數(shù)十萬人死亡，并造成巨額經(jīng)濟(jì)損失。傳統(tǒng)的“金標(biāo)準(zhǔn)”培養(yǎng)法耗時長、操作繁瑣，無法滿足現(xiàn)代食品安全監(jiān)管對快速、精準(zhǔn)、現(xiàn)場化檢測的需求。雖然 PCR、免疫學(xué)等方法在一定程度上縮短了檢測時間，但它們無法區(qū)分死菌和活菌，易受復(fù)雜基質(zhì)干擾，且成本高昂。

噬菌體，作為一類特異性侵染細(xì)菌的病毒，因其獨特的生物學(xué)特性——極高的宿主特異性、能夠區(qū)分活菌/死菌、易于改造和成本低廉——成為構(gòu)建新一代生物傳感器的理想識別元件。然而，如何將噬菌體的識別事件高效地轉(zhuǎn)換為可檢測的、放大的信號，并實現(xiàn)多靶標(biāo) simultaneous 檢測，是該領(lǐng)域面臨的核心挑戰(zhàn)。

陜西科技大學(xué)李國梁教授團(tuán)隊的這篇綜述，正是針對這一難題，提出了一個創(chuàng)新性的解決框架。它不再局限于單一的噬菌體修飾，而是從整個信號傳導(dǎo)路徑出發(fā)，系統(tǒng)性地整合了新型檢測標(biāo)記物的挖掘與多級信號放大策略，為實現(xiàn)食源性病原體的超靈敏、高特異、快速檢測開辟了新路徑。

圖文賞析

Fig. 2. Utilizing substances released by host bacteria as indirect detection markers.

Fig. 3. Signal amplification strategy based on fluorescent materials.

Fig. 4. Signal amplification strategy based on colorimetric materials.

Fig. 5. Electrochemical signal amplification strategy based on electrochemically active substances indicators.

Fig. 6. Design of phage-based fluorescent biosensors.

Fig. 7. Design of phage-based colorimetric biosensors.

Fig. 8. Design of phage-based bioluminescent biosensors.

Fig. 9. Design of phage-based electrochemical biosensors.

審核編輯 黃宇