استفاده از بیوسنسورها در تشخیص باکتریهای بیماری زا در مواد غذایی

  • تاریخ انتشار : ۱۳۹۵/۰۹/۰۹
  • بازدید : ۶۴۵۵
تشخیص باکتریهای بیماری زا به منظور جلوگیری و تشخیص مشکلات مربوط به سلامت و امنیت ‏غذایی از اهمیت ویژه ای برخوردار است.قوانین موجود درزمینه صنایع غذایی ازحساسیت ویژه ای ‏برخورداراست چراکه اشتباه درتشخیص یک آلودگی ممکن است عواقب ناگواری بدنبال داشته باشد. ‏به رغم اینکه بدست آوردن نتایج یک آنالیز در کوتاهترین زمان ممکن مورد نیاز است اما در روشهای ‏سنتی و استاندارد تشخیص باکتریها، حصول نتیجه معمولا 7 تا 8 روز طول می کشد. لذا بسیاری از ‏محققین تلاشهای خود را برای توسعه روشهای سریع معطوف داشته اند. ابداع فناوری های نوین ‏بخصوص بیوسنسورها، راههای جدید و امید بخشی را پیش رو گذاشته است. این مقاله ضمن اشاره ‏به روشهای اصلی و متداول تشخیص باکتریها، پیشرفتهای اخیر در زمینه بیوسنسورهای مورد استفاده ‏در تشخیص باکتریهای بیماریزا را مورد بحث قرار می دهد.‏وجود باکتریهای بیماریزا در غذا اهمیت بسزایی دارد چراکه اشتباه یا عدم موفقیت در تشخیص ‏باکتریها می تواند خطرآفرین باشد و سلامت مردم را تهدیدکند به عنوان مثال در سال 2005‏ در ‏اسپانیا مصرف جوجه نیم پز آلوده به سالمونلا منجر به بیماری2500 و مرگ یک نفر در اثر ‏سالمونلوسیس گردید. روشهای متداول تشخیصی علیرغم زمان بر بودن، ولی به خاطر حساسیت و ‏قابلیت انتخابی بودن بالای آنها هنوز هم مورد استفاده قرار می گیرند. شکل1 نشان می دهد سه بخش ‏صنایع غذایی، کنترل کیفیت آب و نیز تشخیص های کلینیکی حدود 70 درصد از آزمایشات ‏تشخیص عوامل بیماریزا را تشکیل می دهند که در میان آنها صنایع غذایی، بخش عمده مرتبط با ‏
باکتریهای بیماریزا می باشد. اشریشیا کولی و سالمونلا نیز باکتریهایی هستند که بیشترین تشخیص با ‏استفاده از روشهای سریع در مورد آنها گزارش شده است. ‏



شکل 1- سهم تشخیص باکتری های بیماریزا در بخش های مختلف.‏
موادوروشها
رایج ترین روشهای تشخیص باکتری های بیماریزا همان روش محیط کشت و شمارش کلنی و ‏همچنین واکنشهای زنجیره پلیمراز یا ‏PCR‏ می باشد. روشهای استفاده از محیط کشت و شمارش ‏کلنی زمان بیشتری را نسبت به ‏PCR‏ صرف می کنند اما نتایج حاصل از آنها قطعی و تردیدناپذیر ‏است، لیکن پیشرفتهای اخیر در روش ‏‎ PCR، امکان حصول نتیجه در ظرف چند ساعت را میسر ‏ساخته است. ‏
فناوری استفاده از بیوسنسور این نوید را می دهد که همان نتایج دقیق و مطمئن در زمان خیلی ‏کوتاهتری بدست آیند اما آینده آنها منوط به این است که انتخابی عمل کردن و حساسیت آنها مانند ‏روشهای موجود و قابل رقابت با آنها باشد. اگرچه موضوعاتی مانند سهولت استفاده ، هزینه نگهداری ‏پایین و کارکرد مداوم نیز بایستی مورد توجه قرار گیرند.‏
در شکل 2 نیز روشهای متفاوت مورد استفاده در تشخیص باکتری ها از نظر پراکنش تعداد مقایسه ‏گردیده است. همانطور که ملاحظه می گردد، فناوری بیوسنسور بعنوان چهارمین روش مورد استفاده، ‏رتبه بندی شده است. ‏


شکل 2 - آمار روشهای تشخیص باکتری ها در 20 سال اخیر

روشهای مرسوم درتشخیص بیماری زا ها
روش محیط کشت و شمارش کلنی:‏
‏ این روش از قدیمی ترین روشهای تشخیص باکتریها می باشد که هنوز هم بعنوان روشی استاندارد ‏باقی مانده است لیکن این روش زمان بر می باشد بعنوان مثال در مورد کمپیلوباکتر برای رسیدن به ‏جواب منفی 9-4 روز زمان لازم است و یا حصول جواب مثبت 14 تا 16 روز طول می کشد و این ‏مسئله باعث بروز مشکلاتی در کاربردهای صنعتی مخصوصا در بخش غذا می شود. برای تشخیص ‏باکتریهای مختلف، انواع متفاوتی از محیط کشت ها وجود دارد که ممکن است حاوی مواد بازدارنده ‏‏(برای توقف یا به تاخیر انداختن رشد باکتری هایی که مورد نظر نیستند ) و سوبستراهای خاصی ‏باشند که فقط باکتریهای مورد نظر قادر به استفاده از آنها باشند یا رنگ خاصی در کلنی در حال رشد ‏ایجاد نماید.‏
واکنش زنجیره پلیمراز‎(PCR)‎‏:‏
این روش بر مبنای تقویت یک اسید نوکلئیک است که در اوسط دهه 80 ظهور کرد و امروزه به ‏طورگسترده ای در تشخیص باکتریها به کار می رود. این روش بر پایه جداسازی ،تقویت و تعیین ‏مقدارکمّی توالی کوتاهی از ‏DNA‏ است که حاوی مواد ژنتیکی باکتری مورد نظر می باشد.‏PCR ‎نسبت به روش محیط کشت وشمارش کلنی زمان کمتری می برد بطوریکه حصول نیتجه 5 تا 24 ‏ساعت زمان صرف می کند که البته شامل مراحل آماده سازی قبلی نمی باشد. از آنجاکه ‏DNA‏ در ‏سلولهای زنده و مرده وجود دارد لذا روش ‏PCR‏ قادر نیست بین سلولهای زنده و غیرزنده تمایز قائل ‏شود و این مسئله یکی از محدودیت های این روش ‏PCR‏ است.‏
روشهای ایمنولوژی:‏
این روشها بعنوان ابزار آنالیز قوی برای طیف وسیعی از اهداف محسوب می شوند. بعنوان مثال روش ‏IMS‏ یا جداسازی ایمنو مگنتیک می تواند برای جداسازی و استخراج باکتری های بیماریزا از یک ‏سوسپانسیون باکتریایی استفاده گردد. ‏
کاربرد بیوسنسورها در تشخیص باکتریهای بیماریزا
امروزه بیوسنسورها بعنوان ابزاری برای آنالیز مطرح هستند که از یک ماده بیولوژیکی یا مشتقی از آن ‏و نیز یک مبدل فیزیکوشیمیایی نوری، الکتروشیمیایی، حرارتی و ... تشکیل یافته اند. سه گروه اصلی ‏از عناصر تشخیص بیولوژیکی وجود داردکه در بیوسنسورها استفاده می شود و آنها عبارتند از: ‏آنزیمها، آنتی بادی ها و اسیدهای نوکلئیک. در تشخیص باکتریهای بیماریزا، آنزیمها بیشتر بعنوان یک ‏برچسب یا نشانگر عمل می کنند و نه بعنوان تشخیص دهنده واقعی باکتری. در بیوسنسورهای ‏آمپرومتریک (الکتروشیمیایی)، نشانگرهای آنزیمی ضروری هستند ولی در روشهای پیشرفته تر ممکن ‏است بدون نیاز به نشانگر عمل شود مانند بیوسنسورهای ‏SPR‏ و‏‎ ‎ایمپدیمتریک. اخیراً کاربرد آنتی ‏بادی ها در بیوسنسورها نسبت به پروب های ‏DNA‏ گسترش بیشتری داشته است و اساس کار آنها ‏برمبنای تثبیت آنتی بادی روی سوبسترایی است که می تواند سطح تشخیص دهنده باشد. عمل ‏تثبیت آنتی بادی به سه روش امکان پذیر است که عبارتند از : ‏
جذب روی طلا، سیستم آویدین- بیوتین و روش ‏SAM (self-assembled monolayers)‎‏ .‏
انواع بیوسنسورها ‏
بیوسنسورهای نوری: ‏
این نوع بیوسنسورها به دلیل قدرت انتخاب و حساسیت بالا عمومیت بیشتری در آنالیزها دارند و ‏برای تشخیص سریع آلودگی ها، توکسین ها یا داروها و حتی باکتریهای بیماری زا به کارمی روند. ‏اخیراً بیوسنسورهای فلورسنس و ‏SPR‏ بخاطر حساسیت بالایشان رشد بیشتری داشته اند که در ادامه ‏اشاره می شوند.‏
بیوسنسور فلورسنس: اساس این روش بر مبنای نور ساطع شده از یک الکترون تحریک شده در اثر ‏جذب نور می باشد. در این روش آنتی بادی ها ممکن است با ترکیبات فلورسانس آمیخته شوند که ‏‏.معمول ترین ترکیب فلورسین ایزوتیوسیانات می باشد.تشخیص با فلورسنس برخلاف ‏‎ SPR، در ‏ترکیب با سایر تکنیکها مانند ‏PCR‏ و الایزا نیز استفاده می شود.‏
بیوسنسور ‏SPR‏ : اساس کار این نوع بیوسنسورها، اندازه گیری تغییرات ضریب شکستی است که از ‏تغییر ساختاری لایه نازکی از سطح فلزی ناشی می شود. این بیوسنسورها بطور موفقیت آمیزی در ‏تشخیص باکتریهای بیماریزا بکار رفته است. ‏
بیوسنسورهای الکتروشیمیایی: ‏
این تجهیزات اساساً بر مبنای مشاهده تغییرات ایجاد شده ناشی از واکنشهایی است که در صورت ‏تماس بیوسنسور با نمونه رخ می دهد. در مقایسه با روشهای نوری، انواع الکترشیمیایی امکان آنالیز ‏بر روی نمونه های کدر را میسر می سازد و هزینه تجهیزات خیلی کمتری لازم دارند. از لحاظ ‏حساسیت و قدرت انتخاب نیز نسبت به انواع نوری تفاوت چندانی ندارند. این نوع بیوسنسورها بر ‏اساس فاکتور مورد سنجش به سه نوع تقسیم می شوند: سنجش جریان ، سنجش پتانسیل و سنجش ‏مقاومت.‏
روش سنجش جریان یا ‏Amperometric‏ : این روش شاید معمول ترین روش الکتروشیمیایی ‏بکار رفته در بیوسنسورها باشد که براساس رابطه خطی موجود بین غلظت آنالیت و شدت جریان ‏عمل می کند. این سنسور زمانی کار می کندکه آنالیت، یک جریان مستقیم یا غیرمستقیم در الکترود ‏تولید نماید.‏
روش سنجش پتانسیل یا ‏Potetiometry‏ : کمتراز دیگر انواع بیوسنسور رواج دارند و از یک ‏غشاء با نفوذپذیری انتخابی نسبت به یون و برخی مواد بیواکتیو مانند آنزیم تشکیل شده است. در طی ‏واکنشی که توسط آنزیم کاتالیز می شود، موادی مصرف یا تولید می گردد که به وسیله الکترود ‏تشخیص داده می شوند. با استفاده از این سنسور می توان تغییرات خیلی کوچی از غلظت را نیز ‏تشخیص داد.‏
روش سنجش مقاومت یا ‏Impedimetric‏ : اساس این روش اندازه گیری قابلیت هدایت مواد ‏می باشد و در ابتدا برای تعیین کمّی بیومس یا جرم بیولوژیکی در یک نمونه استفاده می گردید ‏وکاربرد آن در پروب های ‏DNA‏ یا الکترودهای بهبود یافته آنتی بادی سبب کاهش قبلیت انتخابی ‏عمل کردن آن شده است، بنابراین حدود تشخیصی آن در مقایسه با روش های سنتی ضعیف تر می ‏باشد. از طرف دیگر مزیت آن نسبت به دو روش قبلی آن است که دیگر نیازی به نشانگرها نداشته و ‏استفاده آسانتری دارد.‏
نتایج وبحث ‏
به دلیل نقش باکتریهای بیماریزا درآلودگی غذا وسلامت مصرف کننده، استفاده از روشهای مناسب در ‏تشخیص آنها اهمیت زیادی دارد بطوریکه علاوه برکارآمد بودن، به زمان کمتری برای رسیدن به ‏جواب نیاز داشته باشند. روشهای متداول تشخیص پاتوژن ها اگرچه حساسیت خوبی دارند ولی ‏اغلب خیلی زمان بر بوده ، نمیتوان از آنها برای هر منظوری استفاده نمود. در سالهای اخیر مطالعات ‏زیادی در زمینه بیوسنسورها صورت گرفته لیکن هنوزبه تحقیقات بیشتری نیاز دارد و در آینده ‏نزدیک بی شک از بیوسنسورها به شکل ادواتی در حد میکرو، می توان در تشخیص پاتوژن ها ‏استفاده نمود. بیوسنسورهای نوری ممکن است حساسیت بهتری از انواع الکتروشیمیایی داشته باشند ‏اما بالا بودن هزینه و پیچیدگی آنها سبب شده که کمتر مورد توجه باشند. از طرفی بیوسنسورهای ‏الکتروشیمیایی کاربرد آسانتری دارند ولی در تشخیص پاتوژن ها عملکرد کافی ندارند. در نهایت ‏برای گسترش کاربرد بیوسنسورها نیاز است تا دقت آنها به همان سطح دقت روشهای متداول ‏یعنیcfu/ml‏ 100-10 برسد. ‏

دیدگاه ها


اگر تصویر خوانا نیست اینجا کلیک کنید

همزمان با تأیید انتشار دیدگاه من، به من اطلاع داده شود.
* دیدگاه هایی كه حاوي توهين است، منتشر نمی شود.
* لطفا از نوشتن دیدگاه های خود به صورت حروف لاتين (فينگليش) خودداري نماييد.