在人類與微生物的漫長 “斗爭” 中，真菌性感染一直是棘手難題。真菌性感染不僅潛伏期長，而且常作為并發(fā)癥出現(xiàn)，給早期診斷和治療帶來極大挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的檢測方法，如血液培養(yǎng)、組織活檢和成像技術(shù)，都存在耗時(shí)久、準(zhǔn)確性欠佳或不適用于早期診斷的問題。分子生物學(xué)檢測雖有潛力，但真菌復(fù)雜的細(xì)胞結(jié)構(gòu)使得 DNA 提取困難重重，現(xiàn)有提取方法效率低、易受污染，嚴(yán)重影響檢測的準(zhǔn)確性和及時(shí)性。
近期，韓國研究團(tuán)隊(duì)在《Sensors & Actuators: B. Chemical》雜志發(fā)表了一項(xiàng)重要研究成果，為這一難題提供了創(chuàng)新解決方案。他們開發(fā)了一種基于修飾氧化鋅納米稻（HINRs）的便捷 DNA 提取方法，能夠快速從真菌孢子中提取 DNA，大幅提升了真菌病原體檢測效率。
研究人員通過溫和可控的水熱堿性法合成了氧化鋅納米稻（ZnO NRs），并使用二甲基辛二亞氨酸酯（DMS）對其進(jìn)行表面修飾，成功制備出 HINRs。這種材料呈均勻的稻粒狀，表面修飾增強(qiáng)了它在溶液中的分散性，使其能更有效地捕獲真菌孢子和核酸。
HINRs 的優(yōu)勢體現(xiàn)在多個(gè)方面。在核酸提取過程中，它集細(xì)胞裂解、核酸富集和提取功能于一體，操作簡便，僅需 12 分鐘就能完成，且無需復(fù)雜設(shè)備和高鹽有機(jī)溶劑，降低了成本，提高了核酸純度。HINRs 在室溫下保存 2 年，穩(wěn)定性仍超 95%，遠(yuǎn)超傳統(tǒng)方法和商業(yè)試劑盒。在性能測試中，HINRs 展現(xiàn)出卓越的提取能力。對比 ZnO 納米花（ZnO NFs）和 ZnO NRs，HINRs 對真菌孢子的裂解和核酸提取效果最佳，其獨(dú)特結(jié)構(gòu)使其能更好地分散在溶液中，與孢子充分接觸。研究人員進(jìn)一步優(yōu)化了 HINRs 的使用濃度、洗脫緩沖液 pH 值等條件，確定了最佳實(shí)驗(yàn)參數(shù)。
圖 1：展示 HINRs 核酸提取方法的流程及原理，對比 ZnO NFs、ZnO NRs 和 HINRs 與真菌孢子作用的 SEM 圖像，體現(xiàn) HINRs 在穿透真菌屏障、收集 DNA 及覆蓋孢子表面的優(yōu)勢。
在實(shí)際應(yīng)用方面，HINRs 表現(xiàn)出色。在臨床樣本檢測中，無論是人工感染的小鼠肺組織樣本，還是患者的痰液樣本，HINRs 都能快速準(zhǔn)確地檢測出真菌 DNA。在痰液樣本檢測中，它能在兩小時(shí)內(nèi)完成遺傳物質(zhì)收集和基因擴(kuò)增檢測，檢測結(jié)果與臨床報(bào)告高度吻合。在日常產(chǎn)品檢測中，如血液、果汁、牛奶等，HINRs 也展現(xiàn)出強(qiáng)大的檢測能力。盡管在牛奶等高蛋白、高脂肪樣本中，低濃度孢子檢測會(huì)受到一定干擾，但在其他樣本中，其檢測靈敏度和穩(wěn)定性都優(yōu)于商業(yè)試劑盒。
圖 2：通過 UV - Vis 光譜、FTIR 光譜、Zeta 電位、XRD 分析、氮吸附 - 脫附等溫線和 TGA 等手段，對 ZnO NFs、ZnO NRs 和 HINRs 的組成、結(jié)構(gòu)、表面性質(zhì)等進(jìn)行表征，以探究材料特性。
圖 3：以電泳條帶強(qiáng)度代表擴(kuò)增 DNA 量，比較 ZnO NFs、ZnO NRs 和 HINRs 對真菌孢子核酸的提取效果，優(yōu)化 HINRs 應(yīng)用條件并測試其穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。
圖 4：在血液、牛奶、果汁等多種日常產(chǎn)品中，對比 HINRs 方法、ZnO + HI 方法和商業(yè)試劑盒對真菌孢子的檢測效果，凸顯 HINRs 在不同溶液中的檢測優(yōu)勢。
圖 5：運(yùn)用 HINRs 方法對人工感染的小鼠肺組織和患者痰液樣本進(jìn)行曲霉感染檢測，展示其在臨床樣本檢測中的有效性和高靈敏度。
與商業(yè)試劑盒相比，HINRs 方法具有顯著優(yōu)勢。它的提取靈敏度比部分商業(yè)試劑盒高兩個(gè)數(shù)量級，尤其在高濃度樣本提取時(shí)表現(xiàn)突出，且提取穩(wěn)定性更好。在不同真菌濃度樣本的檢測中，HINRs 提取的 DNA 產(chǎn)量更高，純度更穩(wěn)定，受雜質(zhì)污染的影響更小。
這項(xiàng)研究成果意義重大，HINRs 方法為真菌性感染的早期診斷提供了快速、準(zhǔn)確的檢測手段，有望廣泛應(yīng)用于臨床診斷和日常檢測場景。研究團(tuán)隊(duì)表示，未來將進(jìn)一步優(yōu)化 HINRs 試劑的用量和過濾膜等條件，探索其他輔助材料對檢測結(jié)果的影響，以推動(dòng)該技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用和發(fā)展，為全球抗擊真菌性感染提供有力支持。
參考文獻(xiàn)：Liu H, Lim S M, Zhang K, et al. Efficient handy DNA Extraction from Fungal Spores Using Modified ZnO Nano-Rices for Rapid Pathogen Detection[J]. Sensors and Actuators B: Chemical, 2025: 137409.
來源：微生物安全與健康網(wǎng)，作者~王鑫。
