近几十年來，出現了一些危害人類健康，特別是儿童健康的新型致病微生物。由于体重較輕，免疫系統尚未發育完全，儿童更容易受到由彎曲杆菌（Campylobacter）、沙門氏菌（Salmonella）、單核細胞增生性李斯特菌（Listeria monocytogenes）和大腸杆菌（Escherichia coli）O157:H7等引起的食源性疾病（經食物傳播的疾病）的感染。在這場确定食物是否受到污染以及造成污染的病菌來源的戰役中，許多研究工作都是以大腸杆菌O157:H7為重點，因為它可引起若干种最嚴重的儿童食源性疾病，并已被認定為美國數次大規模疾病爆發的元凶。
隨著有關大腸杆菌O157:H7危害性証据的增加，科研界也不斷加大力度，尋求可以迅速檢出這一病菌并進行定量的技朮。研究發現只要有10個大腸杆菌O157:H7就足以致病，因此，高度敏感、能測出极少數量的細菌或者能夠迅速將細菌數量擴增到可以檢出的水平，是理想的檢測方法必須具備的特性。目前大多數的臨床檢測方法都要求至少培養8小時后，才能檢測。所謂培養，就是將樣本置于富含營養的培養基或環境中，使少量細菌繁殖至可以檢出的數量。目前康奈爾大學和美國農業部（USDA）研究人員各自都在努力應用現有分子技朮，提高檢測速度和敏感度，開發出一种使用方便且价格低廉的現場篩查裝置。
長期存在，記載不多
正常情況下，大腸杆菌是存在于各种動物，包括人類的腸道內。大腸杆菌是机体內的一种有益菌，它可以抑制有害細菌的生長，并合成維生素。美國疾病預防和控制中心（CDC）1975年發現了血清型為O157:H7的埃希氏大腸杆菌亞群，但是，直到1982年才作出它与腸道疾病相關的結論。世界各地都曾有過大腸杆菌O157:H7相關疾病爆發的記錄。
1993年，Jack In The Box快餐連鎖店出售未煮熟的污染漢堡引起700多人（以儿童為主）食物中毒，并造成4人死亡。這一事件使大腸杆菌O157:H7臭名遠揚。此后，衛生官員、食品工業和消費者對碎牛肉的安全性不再等閑視之。例如，2001年夏天，在大腸杆菌O157:H7爆發殃及35人之后，ConAgra Foods立刻召回了怀疑受到污染的1900万磅碎牛肉。美國疾病預防和控制中心估計，美國每年因大腸杆菌O157:H7致病總人數大約為73000人，盡管上報的病例已有所下降。
大腸杆菌O157:H7主要來源于牛的胃腸道。部分細菌是通過牛糞污染農田灌溉用水，另一部分細菌是通過在食物加工過程中因操作不當污染肉類制品而傳遞給人類的。大腸杆菌O157:H7的偶發或爆發主要由飲用水、自助沙拉、薩拉米香腸、酸奶、苹果醬或者果汁帶菌引起。后者可能是因為掉到地上的苹果接触糞便后被污染的。另外，儿童在受到污染的水中游泳也會被感染。1998年，佐治亞州亞特蘭大水上公園發生的大腸杆菌O157:H7大爆發使得多名儿童住院。
盡管許多食源性疾病都是急性的，但往往也會持續一段較短的時間，久治不愈的情況少之又少。大腸杆菌O157:H7的潛伏期一般為3 天。該病菌產生的毒素會引起腹部痙攣、嘔吐和便血，有時伴有發熱。在有些急性發作病例中，感染會進一步發展成溶血性尿毒症（HUS），表現為紅細胞破坏、腎臟衰竭，并可能引發癲癇、中風，嚴重時會引起死亡。在老年人中，HUS并發高燒及伴有其他症狀時，會引起与HUS類似的血栓形成性血小板減少性紫癜，其死亡率高達50%。
4 歲以下儿童受大腸杆菌O157:H7感染的風險相對較高。大腸杆菌O157:H7可能是造成幼儿及嬰儿急性腎衰竭以及HUS最主要的原因。根据美國疾病預防和控制中心提供的資料，嬰儿的大腸杆菌O157:H7感染率是6.1/100000，1 歲儿童的感染率是8.2/100000。這一感染率是所有年齡組中最高的。
微觀方法解決重大問題
康奈爾大學食品研究實驗室的化學教授Richard Durst已經開始研究一种方法，利用脂質体將標志物傳送到食物樣本中，使存在的大腸杆菌O157:H7和其他病菌現形。脂質体是由兩層磷脂/膽固醇外殼組成的納米級球体，里面可包埋從熒光染色劑到電活化成分的各种不同標志物。由于脂質体外殼由化學反應性元素构成，因此，可以結合多种表面標簽，包括抗体、抗原、寡核□酸探針和細胞受体。
Durst說：“由于能選擇不同的附加物或包埋物，因此，我們可以開發應用各种形式的脂質体。我們已經研制出來方法包括類似于家用驗孕棒、以光學為基礎的層析系統（lateral-flow systems）、熒光檢測裝置和微流体檢測裝置。只要有抗体、基因探針、或者受体蛋白，就可以利用這一[脂質体]技朮制作生物分析傳感器。
在簡單的試紙檢測中，抗体附著在脂質体外層殼体上，与樣本混合后，就可結合樣本中的大腸杆菌O157:H7。脂質体內包含的顯色分子會將病菌清晰地標志出來--樣本液体沿試紙條上升時，如果樣本液体中含有大腸杆菌O157:H7，試紙就會變紅。然后，再根据試紙顏色深淺判斷病菌數量的多寡：顏色越深，細菌越多。
微型盒式檢測裝置可以在10分鐘以內檢出存在數量較多的大腸杆菌O157:H7，但檢測單個病菌則需要几個小時。已有技朮也可以很快檢定這一細菌的存在，但需要先經過8小時的培養，將細菌數量放大到105或106后，才可檢出。“由于每個脂質体內都包含了成千上万甚至上百万個標志物分子，因此存在很大的放大效果，”Durst說。“因為利用脂質体標簽進行檢測和信號放大不需要經過二次反應--傳統□學檢測需要進行二次反應--利用脂質体几乎可以立即測得病菌的存在。”
已經有人研究過將該項技朮用于檢測戰用化學和生物毒劑、天然病菌（如小隱孢子虫）、病毒（如皰疹病毒）以及天然毒素（如肉毒毒素）。該裝置的獨立現場試驗由紐約州能源研究和發展机构提供資助，目前正由一個郡的公共衛生實驗室具体開展。
曾在Durst門下攻讀博士后，現為康奈爾大學生物和環境工程系助理教授的Antje Baeumner目前正在研究一种補充性檢測技朮。該技朮將脂質体和以微流体技朮為基礎的生物傳感系統結合在一起使用。微流体技朮采用了可以處理极少量液体（通常是納升級）的裝置和工藝。在這一微量測定系統中，液体通過孔道的毛細運動特性發生變化。因此，利用很細小的孔道，可以用新的方法對液体進行控制并加以利用。Baeumner的目的是為了研制出一個微型全量分析系統（μ-TAS），這是一個可執行樣本制備、放大、電化學檢測和病菌定量等全部步驟的自動化微孔道“芯片實驗室”--整個裝置如掌上電腦般大小。
μ-TAS的其中一個芯片由電活化偶（同一分子的氧化和還原形態）的脂質体构成，用這一分子取代可見標志物來檢測大腸杆菌O157:H7等病菌的存在。在芯片上的一個腔室內，帶极針的納米級陽极板和陰极板不斷對電活化偶進行氧化和還原。這一氧化還原反應不斷交替進行時，所產生的電子就會流過微電极，并可輕易測得。電流信號強度与大腸杆菌O157:H7的濃度成正比關系。
几家大公司和政府研究机构正在對Durst和Baeumner研制的技朮進行評估。許可証協議、現場試驗以及此項技朮未來的商業化則通過創新生物技朮國際公司（Innovative Biotechnologies International）辦理。該公司總裁Richard Montagna說，商業化的小隱孢子虫（C. parvum)生物感測器于2003年初問世，大腸杆菌O157:H7生物傳感器大約還需要等一年。
未來的檢測器是什么樣的？
其他檢測大腸杆菌O157:H7的技朮都還處于早期開發階段。例如，位于馬里蘭州貝茲維爾市的美國農業部動物排泄物病源菌研究實驗室微生物學家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腸杆菌O157:H7的方法。
Shelton的方法是將抗大腸杆菌O157:H7的單克隆抗体吸附到磁顆粒上，使其与病菌結合。他未透漏具体使用的是哪一种培養基，但是，他說這种方法可以很快將細菌培養到可以檢出的水平--在一天之內甚至更短--傳統的水質檢測則需要4天。這种方法可以檢出100毫升水中含有的1個大腸杆菌O157:H7，這一方法有助于衛生机构對公共水上場所進行檢查，如游泳池。
Shelton說磁顆粒技朮并不是新事物--多种商業化的免疫檢測裝置就是利用磁顆粒傳遞化學標志物完成檢測的。但是，Shelton的方法的獨特之處在于一個快字--可迅速對樣本中所含的大腸杆菌O157:H7定量。而且，其他研究工作都是以檢測食物污染為重點的，而不是水。Shelton的研究成果都還沒有公開發表，他仍在等待最新研究的結果。但公共供水部門和水處理公司已對他的技朮表現出极大的興趣。
然而，佐治亞大學食品安全中心主任、食品微生物學教授Michael Doyle說，只有這些方法的有效性經過時間的驗証后，人們才會接受。他本人也在從事此方面的研究工作。Doyle指出，開發任何一种快速檢測方法時都會遇到、而又往往被忽視的一個最大障礙是：任何樣本中，大部分大腸杆菌O157:H7都會因加熱、冷卻或氯化消毒遭到了破坏。
Doyle說，唯一能夠保証不漏過一個大腸杆菌O157:H7的方法是給它們足夠的培養時間，使它們复蘇，就如同這些病菌進入人体后的复蘇一樣。Durst對此表示同意，但又補充說，他的方法是以對少量微生物的高度敏感性為基礎的，因此，雖然不能將大腸杆菌O157:H7精确定量，但卻可以迅速确定其存在，即使大量細菌都處于休眠狀態。他說：“我們的脂質体免疫分析裝置的不培養檢出极限是1000個目標細菌每毫升或每克。大多數基于免疫的檢驗都要求每毫升或每克中所含的目標細菌至少達到10000-100000個。所以，由于檢測靈敏度提高了10-100倍，我們只需要大約3小時，就可以實現每毫升或每克中目標細菌少于一個的檢測。”
食品工業有意利用這些技朮并高度贊揚了他們所開發的同時适用于食物和水的檢測方法。但需要進行的工作還很多。華盛頓特區一家行業協會--美國食品加工協會食品安全處高級主管Jenny Scott說，檢驗只是消除大腸杆菌O157:H7威脅的整個工作的一部分。“任何檢驗方法都有其局限性，”她說，“不管這种方法有多好，也難以盡善盡美。”
Scott說，從農場到廚房，整個食物鏈都應強調衛生的重要性。應向消費者加大宣傳力度，將食物煮透，徹底殺死食物中的細菌，并理解食物輻射消毒的重要性。其他一些有關鍵措施包括在食品加工過程中妥善處理食品并進行檢測。從一開始就注重采用最佳的農業實踐和農業科學，如妥善處理糞便，甚至研制牛的大腸杆菌O157:H7疫苗。
--W. Conard Holton
譯自EHP 110: A586-A589 (2002)
推荐讀物
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
