微生物丰度检测用于量化样品中细菌、真菌、古菌等微生物的种群数量或相对比例,广泛应用于环境监测、医疗诊断、工业质控及科研领域。以下是系统化的检测方案与操作指南:
一、核心检测方法
1. 培养法(传统计数)
- 适用场景:可培养微生物的定量(如细菌、酵母)。
- 流程:
- 梯度稀释:将样品按10倍梯度稀释(如10⁻¹至10⁻⁶)。
- 平板涂布:取100μL稀释液涂布于选择性培养基(如LB、PDA)。
- 培养计数:在适宜温度下培养24-72小时,统计菌落数(CFU/g或CFU/mL)。
- 标准:GB 4789.2(食品微生物学检验)、ISO 4833(通用菌落计数)。
- 局限性:仅检测可培养微生物(占总数<1%),耗时(2-7天)。
2. qPCR(实时荧光定量PCR)
- 适用场景:快速、高灵敏度的绝对定量(特定菌种或总菌量)。
- 流程:
- DNA提取:试剂盒法(如PowerSoil Kit)提取环境样本总DNA。
- 引物设计:选择通用引物(如16S rRNA V3-V4区)或特异性引物。
- 扩增检测:SYBR Green或探针法(TaqMan)进行扩增,计算拷贝数。
- 标准:MIQE指南(qPCR实验规范)、ISO 22118(分子检测验证)。
- 优势:检测限低至1-10拷贝/反应,周期短(4-6小时)。
3. 高通量测序(16S/ITS测序)
- 适用场景:微生物群落组成与相对丰度分析。
- 流程:
- DNA提取与扩增:PCR扩增目标区域(细菌16S rRNA,真菌ITS)。
- 建库测序:Illumina NovaSeq平台,测序深度≥50,000 reads/样本。
- 生信分析:使用QIIME 2或Mothur进行OTU聚类、α/β多样性分析。
- 标准:Earth Microbiome Project(EMP)协议、MIxS标准。
- 输出:门/属/种水平相对丰度热图、多样性指数(Shannon、Chao1)。
4. 流式细胞术(Flow Cytometry)
- 适用场景:水体、发酵液中微生物的快速绝对计数。
- 流程:
- 染色:SYBR Green I或PI染色核酸。
- 上机检测:BD Accuri C6流式细胞仪,区分活/死菌。
- 标准:ISO 19344(益生菌流式计数)。
- 优势:5分钟内完成,适合实时监控。
5. ATP生物发光法
- 适用场景:表面或液体中微生物的快速活性检测。
- 流程:
- 拭子取样:用无菌拭子擦拭表面(如滤清器),溶解于裂解液。
- 发光检测:添加荧光素酶试剂,测定ATP发光值(RLU)。
- 标准:ISO 18593(表面微生物采样)、GB 15982(医疗环境监测)。
- 特点:5分钟出结果,但无法区分微生物种类。
二、关键仪器与试剂
检测方法 |
核心设备/试剂 |
关键参数 |
qPCR |
实时荧光定量PCR仪(ABI 7500) |
通道数≥4,检测限≤10拷贝/反应 |
高通量测序 |
Illumina NovaSeq 6000 |
读长2×250bp,通量≥40Gb/run |
流式细胞术 |
BD Accuri C6 |
检测速度≥10,000细胞/秒 |
ATP检测 |
Hygiena SystemSURE Plus |
灵敏度≥1 CFU/cm² |
三、数据解读与报告
- 绝对丰度:以CFU/g、拷贝数/μL或细胞数/mL表示。
- 相对丰度:在群落中某类群的百分比(如厚壁菌门占30%)。
- 阈值参考:
- 工业清洁度:医疗设备表面≤5 CFU/cm²(ISO 14698)。
- 饮用水:总菌落数≤100 CFU/mL(GB 5749)。
四、常见问题与优化策略
问题 |
原因分析 |
解决方案 |
qPCR扩增效率低 |
抑制剂残留或引物二聚体 |
优化DNA纯化(磁珠法),设计探针替代SYBR Green |
测序物种注释偏差 |
数据库不全或引物偏好性 |
使用Silva/UNITE更新版数据库,采用双引物扩增 |
ATP检测假阳性 |
非微生物来源ATP(植物/动物细胞) |
预清洗表面,使用含ATP酶灭活剂的采样液 |
培养法漏检 |
难培养或休眠态微生物 |
补充宏基因组测序或活菌荧光染色(CTC) |
五、方法选择建议
- 快速筛查:ATP法(表面活性微生物)或流式细胞术(液体样本)。
- 精准定量:qPCR(特定病原体)或高通量测序(群落组成)。
- 合规检测:遵循行业标准(如FDA BAM用于食品,ISO 11737用于灭菌验证)。
通过选择适配方法并规范操作,微生物丰度检测可为环境安全、产品质量及疾病诊断提供可靠数据支撑。建议实验室通过 ISO 17025认证,关键研究需设置阴性/阳性对照及重复样本(n≥3),确保结果可重复性与可比性。
CMA认证
检验检测机构资质认定证书
证书编号:241520345370
有效期至:2030年4月15日
CNAS认可
实验室认可证书
证书编号:CNAS L22006
有效期至:2030年12月1日
ISO认证
质量管理体系认证证书
证书编号:ISO9001-2024001
有效期至:2027年12月31日