近几十年来，出现了一些危害人类健康，特别是儿童健康的新型致病微生物。由于体重较轻，免疫系统尚未发育完全，儿童更容易受到由弯曲杆菌（Campylobacter）、沙门氏菌（Salmonella）、单核细胞增生性李斯特菌（Listeria monocytogenes）和大肠杆菌（Escherichia coli）O157:H7等引起的食源性疾病（经食物传播的疾病）的感染。在这场确定食物是否受到污染以及造成污染的病菌来源的战役中，许多研究工作都是以大肠杆菌O157:H7为重点，因为它可引起若干种最严重的儿童食源性疾病，并已被认定为美国数次大规模疾病爆发的元凶。
随着有关大肠杆菌O157:H7危害性证据的增加，科研界也不断加大力度，寻求可以迅速检出这一病菌并进行定量的技术。研究发现只要有10个大肠杆菌O157:H7就足以致病，因此，高度敏感、能测出极少数量的细菌或者能够迅速将细菌数量扩增到可以检出的水平，是理想的检测方法必须具备的特性。目前大多数的临床检测方法都要求至少培养8小时后，才能检测。所谓培养，就是将样本置于富含营养的培养基或环境中，使少量细菌繁殖至可以检出的数量。目前康奈尔大学和美国农业部（USDA）研究人员各自都在努力应用现有分子技术，提高检测速度和敏感度，开发出一种使用方便且价格低廉的现场筛查装置。
长期存在，记载不多
正常情况下，大肠杆菌是存在于各种动物，包括人类的肠道内。大肠杆菌是机体内的一种有益菌，它可以抑制有害细菌的生长，并合成维生素。美国疾病预防和控制中心（CDC）1975年发现了血清型为O157:H7的埃希氏大肠杆菌亚群，但是，直到1982年才作出它与肠道疾病相关的结论。世界各地都曾有过大肠杆菌O157:H7相关疾病爆发的记录。
1993年，Jack In The Box快餐连锁店出售未煮熟的污染汉堡引起700多人（以儿童为主）食物中毒，并造成4人死亡。这一事件使大肠杆菌O157:H7臭名远扬。此后，卫生官员、食品工业和消费者对碎牛肉的安全性不再等闲视之。例如，2001年夏天，在大肠杆菌O157:H7爆发殃及35人之后，ConAgra Foods立刻召回了怀疑受到污染的1900万磅碎牛肉。美国疾病预防和控制中心估计，美国每年因大肠杆菌O157:H7致病总人数大约为73000人，尽管上报的病例已有所下降。
大肠杆菌O157:H7主要来源于牛的胃肠道。部分细菌是通过牛粪污染农田灌溉用水，另一部分细菌是通过在食物加工过程中因操作不当污染肉类制品而传递给人类的。大肠杆菌O157:H7的偶发或爆发主要由饮用水、自助沙拉、萨拉米香肠、酸奶、苹果酱或者果汁带菌引起。后者可能是因为掉到地上的苹果接触粪便后被污染的。另外，儿童在受到污染的水中游泳也会被感染。1998年，佐治亚州亚特兰大水上公园发生的大肠杆菌O157:H7大爆发使得多名儿童住院。
尽管许多食源性疾病都是急性的，但往往也会持续一段较短的时间，久治不愈的情况少之又少。大肠杆菌O157:H7的潜伏期一般为3�5天。该病菌产生的毒素会引起腹部痉挛、呕吐和便血，有时伴有发热。在有些急性发作病例中，感染会进一步发展成溶血性尿毒症（HUS），表现为红细胞破坏、肾脏衰竭，并可能引发癫痫、中风，严重时会引起死亡。在老年人中，HUS并发高烧及伴有其他症状时，会引起与HUS类似的血栓形成性血小板减少性紫癜，其死亡率高达50%。
4�5岁以下儿童受大肠杆菌O157:H7感染的风险相对较高。大肠杆菌O157:H7可能是造成幼儿及婴儿急性肾衰竭以及HUS最主要的原因。根据美国疾病预防和控制中心提供的资料，婴儿的大肠杆菌O157:H7感染率是6.1/100000，1�9岁儿童的感染率是8.2/100000。这一感染率是所有年龄组中最高的。
微观方法解决重大问题
康奈尔大学食品研究实验室的化学教授Richard Durst已经开始研究一种方法，利用脂质体将标志物传送到食物样本中，使存在的大肠杆菌O157:H7和其他病菌现形。脂质体是由两层磷脂/胆固醇外壳组成的纳米级球体，里面可包埋从荧光染色剂到电活化成分的各种不同标志物。由于脂质体外壳由化学反应性元素构成，因此，可以结合多种表面标签，包括抗体、抗原、寡核苷酸探针和细胞受体。
Durst说：“由于能选择不同的附加物或包埋物，因此，我们可以开发应用各种形式的脂质体。我们已经研制出来方法包括类似于家用验孕棒、以光学为基础的层析系统（lateral-flow systems）、荧光检测装置和微流体检测装置。只要有抗体、基因探针、或者受体蛋白，就可以利用这一[脂质体]技术制作生物分析传感器。
在简单的试纸检测中，抗体附着在脂质体外层壳体上，与样本混合后，就可结合样本中的大肠杆菌O157:H7。脂质体内包含的显色分子会将病菌清晰地标志出来--样本液体沿试纸条上升时，如果样本液体中含有大肠杆菌O157:H7，试纸就会变红。然后，再根据试纸颜色深浅判断病菌数量的多寡：颜色越深，细菌越多。
微型盒式检测装置可以在10分钟以内检出存在数量较多的大肠杆菌O157:H7，但检测单个病菌则需要几个小时。已有技术也可以很快检定这一细菌的存在，但需要先经过8小时的培养，将细菌数量放大到105或106后，才可检出。“由于每个脂质体内都包含了成千上万甚至上百万个标志物分子，因此存在很大的放大效果，”Durst说。“因为利用脂质体标签进行检测和信号放大不需要经过二次反应--传统酶学检测需要进行二次反应--利用脂质体几乎可以立即测得病菌的存在。”
已经有人研究过将该项技术用于检测战用化学和生物毒剂、天然病菌（如小隐孢子虫）、病毒（如疱疹病毒）以及天然毒素（如肉毒毒素）。该装置的独立现场试验由纽约州能源研究和发展机构提供资助，目前正由一个郡的公共卫生实验室具体开展。
曾在Durst门下攻读博士后，现为康奈尔大学生物和环境工程系助理教授的Antje Baeumner目前正在研究一种补充性检测技术。该技术将脂质体和以微流体技术为基础的生物传感系统结合在一起使用。微流体技术采用了可以处理极少量液体（通常是纳升级）的装置和工艺。在这一微量测定系统中，液体通过孔道的毛细运动特性发生变化。因此，利用很细小的孔道，可以用新的方法对液体进行控制并加以利用。Baeumner的目的是为了研制出一个微型全量分析系统（μ-TAS），这是一个可执行样本制备、放大、电化学检测和病菌定量等全部步骤的自动化微孔道“芯片实验室”--整个装置如掌上电脑般大小。
μ-TAS的其中一个芯片由电活化偶（同一分子的氧化和还原形态）的脂质体构成，用这一分子取代可见标志物来检测大肠杆菌O157:H7等病菌的存在。在芯片上的一个腔室内，带极针的纳米级阳极板和阴极板不断对电活化偶进行氧化和还原。这一氧化还原反应不断交替进行时，所产生的电子就会流过微电极，并可轻易测得。电流信号强度与大肠杆菌O157:H7的浓度成正比关系。
几家大公司和政府研究机构正在对Durst和Baeumner研制的技术进行评估。许可证协议、现场试验以及此项技术未来的商业化则通过创新生物技术国际公司（Innovative Biotechnologies International）办理。该公司总裁Richard Montagna说，商业化的小隐孢子虫（C. parvum)生物感测器于2003年初问世，大肠杆菌O157:H7生物传感器大约还需要等一年。
未来的检测器是什么样的？
其他检测大肠杆菌O157:H7的技术都还处于早期开发阶段。例如，位于马里兰州贝兹维尔市的美国农业部动物排泄物病源菌研究实验室微生物学家Daniel Shelton正在研究一种快速定量及确定自然水体和人工水体中存在的大肠杆菌O157:H7的方法。
Shelton的方法是将抗大肠杆菌O157:H7的单克隆抗体吸附到磁颗粒上，使其与病菌结合。他未透漏具体使用的是哪一种培养基，但是，他说这种方法可以很快将细菌培养到可以检出的水平--在一天之内甚至更短--传统的水质检测则需要4天。这种方法可以检出100毫升水中含有的1个大肠杆菌O157:H7，这一方法有助于卫生机构对公共水上场所进行检查，如游泳池。
Shelton说磁颗粒技术并不是新事物--多种商业化的免疫检测装置就是利用磁颗粒传递化学标志物完成检测的。但是，Shelton的方法的独特之处在于一个快字--可迅速对样本中所含的大肠杆菌O157:H7定量。而且，其他研究工作都是以检测食物污染为重点的，而不是水。Shelton的研究成果都还没有公开发表，他仍在等待最新研究的结果。但公共供水部门和水处理公司已对他的技术表现出极大的兴趣。
然而，佐治亚大学食品安全中心主任、食品微生物学教授Michael Doyle说，只有这些方法的有效性经过时间的验证后，人们才会接受。他本人也在从事此方面的研究工作。Doyle指出，开发任何一种快速检测方法时都会遇到、而又往往被忽视的一个最大障碍是：任何样本中，大部分大肠杆菌O157:H7都会因加热、冷却或氯化消毒遭到了破坏。
Doyle说，唯一能够保证不漏过一个大肠杆菌O157:H7的方法是给它们足够的培养时间，使它们复苏，就如同这些病菌进入人体后的复苏一样。Durst对此表示同意，但又补充说，他的方法是以对少量微生物的高度敏感性为基础的，因此，虽然不能将大肠杆菌O157:H7精确定量，但却可以迅速确定其存在，即使大量细菌都处于休眠状态。他说：“我们的脂质体免疫分析装置的不培养检出极限是1000个目标细菌每毫升或每克。大多数基于免疫的检验都要求每毫升或每克中所含的目标细菌至少达到10000-100000个。所以，由于检测灵敏度提高了10-100倍，我们只需要大约3小时，就可以实现每毫升或每克中目标细菌少于一个的检测。”
食品工业有意利用这些技术并高度赞扬了他们所开发的同时适用于食物和水的检测方法。但需要进行的工作还很多。华盛顿特区一家行业协会--美国食品加工协会食品安全处高级主管Jenny Scott说，检验只是消除大肠杆菌O157:H7威胁的整个工作的一部分。“任何检验方法都有其局限性，”她说，“不管这种方法有多好，也难以尽善尽美。”
Scott说，从农场到厨房，整个食物链都应强调卫生的重要性。应向消费者加大宣传力度，将食物煮透，彻底杀死食物中的细菌，并理解食物辐射消毒的重要性。其他一些有关键措施包括在食品加工过程中妥善处理食品并进行检测。从一开始就注重采用最佳的农业实践和农业科学，如妥善处理粪便，甚至研制牛的大肠杆菌O157:H7疫苗。
--W. Conard Holton
译自EHP 110: A586-A589 (2002)
推荐读物
Buzby JC. 2001. Children and microbial foodborne illness. FoodReview 24(2):32-37. Feng P. 1995. Escherichia coli serotype O157:H7: novel vehicles of infection and emergence of phenotypic variants. Emerg Infect Dis 1(2):47-52.
IFT. 2000. Emerging Microbiological Food Safety Issues: Implications for Control in the 21st Century. Chicago, IL: Institute of Food Technologists.
Park S, Worobo RW, Durst RA. 1999. Escherichia coli O157:H7 as an emerging foodborne pathogen: a literature review. Crit Rev Food Sci Nutr 39(6):481-502.
Last Updated: September 17, 2003
