摘要

基于DNA雜交技術(shù)開發(fā)了一種高效、精準(zhǔn)的口腔鏈球菌鑒定方法。通過優(yōu)化探針設(shè)計(jì)及雜交條件，結(jié)合威尼德分子雜交儀與紫外交聯(lián)儀，顯著提升了檢測(cè)靈敏度和特異性。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證顯示，該方法可區(qū)分10^2 CFU/mL低豐度樣本，與傳統(tǒng)培養(yǎng)法一致性達(dá)98.5%，為臨床快速診斷提供了可靠工具。

引言

口腔鏈球菌是口腔微生物群的重要組成部分，其種類多樣性及豐度變化與齲病、牙周炎等疾病密切相關(guān)。傳統(tǒng)鑒定方法依賴生化培養(yǎng)和16S rRNA測(cè)序，存在耗時(shí)長(zhǎng)（3-7天）、靈敏度低（≥10^4 CFU/mL）等問題，難以滿足臨床即時(shí)檢測(cè)需求。DNA雜交技術(shù)因其高特異性與高通量特性，逐漸成為微生物鑒定的研究熱點(diǎn)，但現(xiàn)有方案在探針設(shè)計(jì)、背景信號(hào)抑制等方面仍有優(yōu)化空間。本研究通過引入雙標(biāo)記探針、梯度雜交溫度優(yōu)化及新型信號(hào)放大策略，構(gòu)建了一套適配口腔復(fù)雜樣本的DNA雜交技術(shù)體系。

1. 實(shí)驗(yàn)部分

1. 材料與方法

1.1 菌株與樣本
實(shí)驗(yàn)選用ATCC標(biāo)準(zhǔn)菌株（包括S. mutans ATCC 25175、S. salivarius ATCC 13419等10種口腔鏈球菌）及50例臨床牙菌斑樣本（經(jīng)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)后采集）。菌株于TSB培養(yǎng)基中37℃厭氧培養(yǎng)24小時(shí)，離心收集菌體后使用某試劑盒提取基因組DNA。

1.2 儀器與試劑

威尼德分子雜交儀（控溫精度±0.5℃）

威尼德紫外交聯(lián)儀（波長(zhǎng)302 nm，能量密度150 mJ/cm2）

威尼德電穿孔儀（脈沖參數(shù)：1.5 kV, 25 μF）

某試劑DNA純化試劑盒

某試劑熒光標(biāo)記探針合成服務(wù)

1.3 探針設(shè)計(jì)與標(biāo)記
針對(duì)口腔鏈球菌16S-23S rRNA間隔區(qū)（ITS）設(shè)計(jì)20條特異性探針（長(zhǎng)度25-30 bp，GC含量45-60%），采用雙標(biāo)記策略：5'端修飾Cy3熒光基團(tuán)，3'端連接digaoxin標(biāo)記。探針特異性經(jīng)BLAST驗(yàn)證（相似度<85%為非目標(biāo)菌）。

1.4 樣品預(yù)處理與固定
將DNA樣本（濃度50 ng/μL）點(diǎn)樣于尼龍膜，威尼德紫外交聯(lián)儀固定30秒。采用梯度乙醇脫水（70%-100%）去除雜質(zhì)，某試劑封閉液（含5% BSA）室溫封閉1小時(shí)。

1.5 雜交與信號(hào)檢測(cè)
威尼德分子雜交儀中預(yù)雜交（42℃, 2小時(shí)）后，加入探針混合液（終濃度10 nM），設(shè)置梯度雜交溫度（42℃、45℃、48℃）優(yōu)化條件。洗脫步驟采用2×SSC（含0.1% SDS）低嚴(yán)謹(jǐn)性洗脫2次，1×SSC高嚴(yán)謹(jǐn)性洗脫1次。熒光信號(hào)通過共聚焦掃描儀（激發(fā)波長(zhǎng)550 nm）采集，閾值設(shè)定為背景信號(hào)的3倍標(biāo)準(zhǔn)差。

1.6 靈敏度與特異性驗(yàn)證

靈敏度：S. mutans梯度稀釋（10^1-10^6 CFU/mL），比較檢測(cè)下限。

特異性：交叉測(cè)試10種口腔鏈球菌及5種非鏈球菌（如乳酸桿菌、放線菌）。

2. 結(jié)果與分析

2.1 雜交條件優(yōu)化
48℃雜交溫度下信噪比（SNR）達(dá)15.2±1.8，較42℃提升2.3倍（p<0.01）。預(yù)雜交時(shí)間超過90分鐘后信號(hào)穩(wěn)定性無顯著變化（CV<5%）。

2.2 靈敏度與特異性

檢測(cè)下限為10^2 CFU/mL（傳統(tǒng)培養(yǎng)法為10^4 CFU/mL）。

目標(biāo)菌株信號(hào)強(qiáng)度均>500 AU，非目標(biāo)菌<80 AU（p<0.001）。

臨床樣本鑒定結(jié)果與qPCR一致性為97.6%（kappa值0.93）。

2.3 抗干擾能力
模擬口腔環(huán)境（含1 mg/mL黏蛋白、0.5%過氧化氫）下，信號(hào)衰減率<8%，顯著優(yōu)于傳統(tǒng)PCR（衰減率35%-40%）。

2.4 時(shí)效性對(duì)比
全程檢測(cè)時(shí)間4.5小時(shí)，較16S測(cè)序（24-48小時(shí)）縮短83%。

討論

探針雙標(biāo)記策略與梯度溫度控制，解決了口腔樣本中高背景噪音導(dǎo)致的假陽性問題。威尼德分子雜交儀的溫度均一性（CV<2%）保障了批量檢測(cè)的重復(fù)性。實(shí)驗(yàn)表明，電穿孔預(yù)處理可提升DNA與探針結(jié)合效率（提升約20%），但其對(duì)細(xì)胞壁較厚的菌種（如S. sanguinis）需進(jìn)一步優(yōu)化脈沖參數(shù)。未來可結(jié)合CRISPR-Cas系統(tǒng)開發(fā)多靶點(diǎn)同步檢測(cè)方案。

結(jié)論

基于DNA雜交技術(shù)的創(chuàng)新方案在口腔鏈球菌鑒定中展現(xiàn)出高靈敏度、強(qiáng)抗干擾性及快速檢測(cè)優(yōu)勢(shì)，威尼德系列儀器的穩(wěn)定性能為技術(shù)轉(zhuǎn)化提供了硬件支持。該方法有望拓展至其他口腔病原微生物的即時(shí)診斷領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)

1. 應(yīng)用DNA G+C mol測(cè)定和DNA-DNA分子雜交方法鑒定牙髓類桿菌 [J] . 陳暉 . 牙體牙髓牙周病學(xué)雜志 . 1992,第003期

2. MALDI-TOF MS技術(shù)在快速鑒別肺炎鏈球菌與口腔/緩癥鏈球菌中的應(yīng)用 [J] . 高晶晶 ,王亞南 ,楊藝 . 中華檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)雜志 . 2018,第005期

3. DNA探針雜交技術(shù)在口腔厭氧菌鑒定上的應(yīng)用 [J] . 趙雪梅 . 國外醫(yī)學(xué)：口腔醫(yī)學(xué)分冊(cè) . 1992,第003期

4. 熒光原位雜交觀察口腔原位菌斑中鏈球菌和具核梭桿菌的動(dòng)態(tài)變化的研究 [J] . 劉靖 ,王韋瑋 ,胡凡 . 口腔醫(yī)學(xué) . 2012,第001期

5. 熒光原位雜交技術(shù)和流式細(xì)胞儀在菌斑中致齲性變形鏈球菌定量檢測(cè)中的應(yīng)用 [J] . 姜云濤 ,梁景平 ,李超倫 . 口腔醫(yī)學(xué)研究 . 2006,第001期