基因芯片技术在食品检测中的应用

湖南师范大学生命科学学院 洪诗然

伴随着我国社会经济的不断发展，基因芯片技术在众多领域中均得到了广泛地运用。基因芯片技术属于一种多学科交叉融合所产生的高新技术，在检测中不仅具备快速准确的特征，同时重复性较好，当前在食品检测中也得到了广泛的应用。基于此，本文先是概述了基因芯片技术的概念，分析了基因芯片技术在食品检测中的具体应用，仅供同行参考和借鉴。

保证食品安全的重要手段之一就是开展食品检测工作。而在食品检测工作中，基因芯片技术因具备信息量大、操作简单以及重复性强等众多优势得到了广泛的应用，该技术可有效检测食品中的营养成分[1]，同时对食品的健康卫生、安全以及食品质量进行监督，只有食品检测工作过关，才能为人类的生命健康安全提供保证，并且这对于整个食品领域的长期健康发展也有非常重要的影响。

1 基因芯片技术概述

1.1 基因芯片原理

基因芯片也被叫做DNA芯片或者DNA微阵列，其是一种生物芯片，通过采用微电子学、物理学、化学以及生物学等高科技技术，将众多的基因探针或者片段，依照特定的阵列形式，以稳固恶方式，将其在玻璃、硅片、塑料或者尼龙膜等载体上固定，进而形成井然有序、且精致紧密的DNA分子点阵[2]。由于基因芯片的固相载体比较常运用硅芯片或者硅玻片，所以也常被叫做基因芯片。基因芯片在DNA序列技术、表达差异以及基因表达等均得到了广泛地运用，同时从现阶段来看，基因芯片技术在食品安全检测中也得到了广泛的应用。

1.2 基因芯片分类

根据基因芯片的实际功能，可将其分为表达谱基因芯片、检测芯片及诊断芯片；若是按照芯片的点样方式进行分类，可分为电定位芯片、微矩阵芯片以及原位合成芯片；再如果按照芯片运用探针的差异进行分类，可分为cDNA芯片以及寡核苷酸芯片。

1.3 基因芯片制备方法

基因芯片技术，可从以下三个方面进行概括：(1)为芯片的制备环节，通过运用表面接收到化学处理的固相载体，如使用硅片或者玻片然后将其作为芯片的片基，根据已经规定好的顺序把DNA片段一一排列在片基上。(2)制备样品与杂交的环节，通常情况下，生物样品是不可以与芯片直接进行反应的，所以应对样品进行特殊的生物化处理，然后把存在与DNA或者RNA的信息分子取出来，并将标记工作做好，之后科学选择具体的反应条件，从而促使样品及靶标分子出现杂交反应[3]。(3)对芯片的检测与分析环节，现阶段对于芯片信号检测最常运用的检测方法就是在芯片扫描仪中植入芯片，然后对不同反应点的荧光强弱及位置分别进行采集，并运用技术软件进行针对性分析，从而对有关的生物信息进行获取。

2 基因芯片技术在食品检测中的应用

2.1 在食品微生物检测中的应用

2.1.1 微生物检测的基本原理

该检测技术的根本原理为，先在芯片表面把不同种类的基因寡核苷酸进行点样，并将微生物样品DNA通过PCR扩充之后，把荧光标记探针的制作购置工作做好，之后与芯片上边寡核苷酸点进行杂交，最后经过对扫描仪定量以及分析荧光分布模式的运用，明确所检测的样品，是否有特殊的微生物存在[4]。基因芯片技术不仅可对不同介质中的微生物进行检测，同时可对比较繁杂微生物群体的基因表达进行深究[5]。相较于以往的检测方式，如：细菌培养或者生化鉴定等，该技术具有更高的检测水平，主要在以下三方面中得以体现：(1)基因芯片可进行下一代测序技术检测及同时实施检测，只需要开展一次实验工作就可取得所有的结果；(2)该技术的运用，具有操作快速简单的特征，一般情况下，检测工作的全部时间加起来只有4小时左右就可获取具体结果的，但是传统的检测方式通常需要5-7天左右；(3)该检测技术不仅敏感性高，并且具有较强的特异性[6]。

2.1.2 采集制备样品及DNA分离纯化

在实际开展食品卫生检测工作的过程中，其所包含的检测工作内容不仅品种类型较多、且样品的数量也比较大。在食品分布中，因为微生物因具备随机性、种类广的特征，所以运用基因芯片技术对食品中的微生物进行检测，首先需要考虑解决的问题即典型样品的采集工作，大范围的筛选工作等[7]。近些年以来，关于采集和分离食品标本中除分析物以外的一切组成工作的进展研究非常快，不仅进一步的完善了传统检测工作中的离心、过滤及免疫捕集技术，同时还把非常多分离纯化手段纳入到了检测食品微生物的过程中。扩充PCR的过程中，对DNA的纯度提出了更高的要求，但在食品微生物中靶核酸浓度相对来说比较低，且具有较强的特质性，所以在食品分析检测的过程中，运用基因芯片技术，对微生物DNA进行分离纯化是检测工作中的一项重难点工作[8]。有关研究中，构建了顺磁珠分离纯化DNA技术，不仅具有较高的敏感性，并且操作简便实用，通过运用此方式可一次性完成细菌浓缩及DNA纯化，所以在食品微生物的检测中，顺磁珠分离纯化DNA技术得到了较为广泛的应用。操作的具体流程为，在多聚体表层上填充高离液序列性的盐及去污剂，混合顺磁珠及食品样品，并将潜藏在其中的微生物吸附过来，之后把顺磁珠上所携带的细菌微生物进行热解，这个过程可运用裂解液进行，最后把存在的杂质物全部清洗干净，所得到的纯化的DNA就可在PCR扩充上进行有效运用了。顺磁珠分离纯化DNA技术可对潜藏的细菌或者真菌等微生物进行有效检测，当前已在水果、蔬菜及鱼类等动植物食品检测中均得到了较为广泛的应用。

2.1.3 基因芯片技术在食品微生物检测中的应用

在食品检测中运用基因芯片技术，可通过一次实验就把潜藏的导致病原的病菌检测出来，同时也可运用同一芯片对某一种导致病原的遗传学指标进行检测，检测过程中不仅灵敏度较高，同时具有较强的特异性，所以基因芯片检测技术在病原微生物的检测中也有非常好的应用前景。近些年以来，有非常多学者通过运用基因芯片技术，分析并检测了食品中比较多见的导致人们发病的病菌。在以往的相关研究中，通过应用基因芯片技术，检测了与致使疾病发病机制有关的特异标记[9]。性质发生改变的PCR产物和基因相同的寡核苷酸在芯片上杂交之后，这个时候复合PCR监督控制了细菌菌株致病因子的基因，其所呈现的结果主要是由放射标记基因专一性探针以及细菌克隆的基因组DNA杂交反应之后得以确认的，通过运用该手段，将导致病菌发生的致病因子有效的检测了出来。此外在其他研究中，为鉴别不同的细菌，还设计了一种鉴别诊断的芯片，一种主要是从高度保守基因序列出发，也就是说将不同菌种之间的差异序列作为靶的基因，另一种则是运用相同的细菌，但血清型存在差异的标志基因作为靶的基因，将其稳固与芯片表面，并且其中还包括了保守序列，其主要的作用就是明确细菌感染标志，该方法相较于传统方式，敏感度更高，且操作起来较为方便，具有较高的重复性。除此之外，在食品的微生物研究中，基因芯片技术也是非常重要的工具之一。食品发酵时，大部分活菌都不可以进行体外培养，无法对产物中的细菌种类及数量进行准确预估，但运用基因芯片，可对发酵产物中的微生物种群进行直接的分析。

2.2 在转基因食品检测中的应用

2.2.1 转基因成分检测的基本原理及方法

一般情况下，转基因食品的原料所指的即是包含外源基因，转入到植物体并进行表达的农作物。如果外源转基因载体是人工构造的，那么设计装入基因表达需要的启动子以及中止子序列的主要目的，就是为了便于转基因作物的筛查工作，所作出的报告基因以及抗性基因。但是若没有办法对所转入的目标基因进行明确时，经过对以上的基因序列进行有效检测，就可鉴别是否为转基因作物。具体的操作方法为：(1)对基因芯片的制备，按照食品具体的来源情况，优选具体的检测方法，分别设计扩充引物，通过PCR的有效扩充将探针得到，之后对探针进行纯化，并在浓缩之后点样，最后将其在相关支持物上进行稳固。(2)提取视频DNA，转基因食品通过预处理之后，运用基本的CTAB法就可将DNA提取出来，再得到烘干之后，融入于适当含量的缓冲液当中。接着可运用多重PCR法，对要达到的片段应进行扩增和标记。然后进行杂交和洗涤，所标记的探针在性质发生改变之后，在芯片微点阵表面将其轻轻地铺上，然后在合适的条件下开展杂交工作，有所反应之后进行清洗，并将其晾晒干。(3)检测杂交结果，对于杂交结果的获取，可运用基因芯片扫描仪开展检测工作。

2.2.2 基因芯片技术在转基因食品检测中的应用

在基因工程技术不断进步的背景之下，有愈来愈多转基因食品出现在了大众的视野范围内。但可能因担心无法把握该食品安全结果，也或者使考虑让消费者对转基因食品的食用有知情权，国际上对于该食品能有效通行的主要方法则是严格阔时说明标签制度。所以不管从生产厂商来说，还是从监督管理部门来说，对转基因食品进行有效的检测尤为重要，而这就需要一种行之有效的检测手段。当前已经被使用的PCR扩充法，一次只可以检测一种转基因成分，不仅时间长，并且拉低了检测的效率，对于食品中大量转基因成分的快速检测极为不利。但是基因芯片技术不仅具有高通量的优势，还可以同时实施检测，只需要通过一个实验，便能将不同类型的转基因成分筛选出来，基因芯片技术当前被认为是最有效的检测方式之一。

2.2.3 对食品原料的检测

在农业领域中，基因芯片还能够针对各种基因突变的食物原料作物进行筛选，例如寻找抗病、抗虫、高产、经济价值相对较高的作物等，对农药进行筛选；对各种作物的基因组进行检测；通过对比实际差异，对新基因进行寻找表达：对基因表达水平进行详细的检测；对后基因组的研究和食品原料作物疾病进行充分的检疫与检测。通过采用基因芯片自身所具备的优势特点，能够对各个作物的不同基因功能进行明确地了解与掌握，各种因素都会对作物造成不利影响，主要包括光质、肥力、光量、除草剂、干旱以及植物技术等，然而，在对不同作物进行有效的处理的过程中，朝着期望的发展方向进步，利于培育食品原料作物的新品种，同时能够提高培育速度与质量，更好的降低大田实验的经济投入与时间投入，降低投入成本，提高经济效益。在基因组测序工作的顺利开展后，较多植物病害的病原微生物基因组被解码，并且已经公布了其表达序列标签（EST），通过对EST序列制成植物检疫芯片进行有效地利用，能够加快对植物病害的诊断速度，能够做好预防工作，在发病前通过有效地防治避免问题发生，指导跨区引种、调种、植物检验；对转基因食品原料进行检测，建立转基因农产品的国际贸易技术壁垒。

3 结语

总而言之，基因芯片技术因其具有快速方便、敏感性高及高通量等优势，并且可同时进行大量的样本检测，当前已在食品安全检测中得到了广泛的应用，只有确保食品检测的安全性，才能为大众的生命健康安全提供保证。

引用

[1] 尹超.基因芯片技术在食品检测中的应用[J].食品安全导刊,2021(23):191-192.

[2] 迪丽霍玛尔·吾尔开希,刘丽英.基因芯片技术在病原性食品微生物检测中的应用[J].现代食品,2018(19):155-157.

[3] 佘灵顺.基因芯片技术及其在食品检测中的应用[J].现代食品,2018(7):91-93.

[4] 张艳兵.基因芯片技术及其在食品检测中的应用[J].百科论坛电子杂志,2021(18):268.

[5] 郭秋实.刍议基因芯片技术在食品致病菌检测中的应用[J].食品安全导刊,2019(6):119.

[6] 张新翊.基因芯片技术在食品检测中的应用[J].食品安全导刊,2019(24):156.

[7] 王颖,肖萌,程晓云,等.食品致病菌检测中基因芯片技术的应用[J].食品安全导刊,2018(15):66-67.

[8] 朱丹丹.转基因食品检测技术应用的几点思考[J].科学与财富,2021,13(23):61-62.

[9] 刘莹.应用基因芯片技术检测食源性腹泻致病大肠杆菌[J].食品安全质量检测学报,2020,11(3):915-919.