Vi sinh vật học

Một vấn đề chính trong việc duy trì an toàn thực phẩm là việc cần thiết phải nhanh chóng tìm ra các vi sinh vật để hạn chế sự bùng phát, lây lan trong cộng đồng. Quá trình này rất quan trọng do sự phân phối lan tràn các nguồn thực phẩm dễ ôi thiu. Các kĩ thuật nuôi cấy vi sinh đạt tiêu chuẩn có thể đòi hỏi hàng ngày đến hàng tuần để phát hiện một cách chắc chắn về các mầm bệnh. Việc phát hiện thường phức tạp do sự tồn tại của các mầm bệnh ít hơn so với các vi sinh vật bản địa. Hơn nữa, thành phần cấu tạo hóa học và vật lí khác nhau của thực phẩm có thể làm cho việc phân lập trở nên khó khăn. Kĩ thuật kháng thể huỳnh quang, kỹ thuật ELISA, kỹ thuật miễn dịch phóng xạ cho kết quả được công nhận. Những kĩ thuật này có thể được sử dụng để phát hiện ra lượng nhỏ các kháng nguyên gây bệnh đặc hiệu.

Các kĩ thuật sinh học phân tử cũng được sử dụng thêm trong việc phát hiện các vi sinh vật gây bệnh. Các phương pháp này cho 3 mục đích: (1) phát hiện sự có mặt của mầm bệnh một cách đặc hiệu; (2) phát hiện các loại virus không thể sinh trưởng một cách thuận lợi (3) phát hiện các mầm bệnh sinh trưởng chậm hoặc không thể nuôi cấy.

Các mầm bệnh hiện nay có thể được nhận diện bởi trình tự bazơ DNA và RNA với các mẫu dò đặc hiệu, thường từ 14 đến 40 bazơ. Chúng có thể được tạo nên nhờ các endonuclease giới hạn hoặc bằng tổng hợp hóa học trực tiếp. Các mẫu dò được đánh dấu bằng cách kết hợp với các marker enzym, các đồng vị, hoặc phát quang/huỳnh quang. Ưu điểm chính trong việc sử dụng phương pháp này đó là độ đặc hiệu và tốc độ tìm kiếm các vi sinh vật trong môi trường nuôi cấy.

Trong ví dụ này, một hệ thống màng kẻ ô kị nước đã được sử dụng. Các môi trường Listeria monocytogenes là môi trường gắn phóng xạ nhờ đó chúng liên kết với các mẫu dò, trong khi đó các loài Listeria khác không có sự liên kết này.

Một ví dụ khác về việc sử dụng các kĩ thuật sinh học phân tử trong phát hiện E. coli.E. coli O157:H7 được phân lập và xác định bằng các môi trường chọn lọc, các bộ kit phát hiện nhanh (xem hình 12), các kỹ thuật nhận diện nhanh dựa trên các mẫu dò, hay các mẫu dò huyết thanh đặc hiệu và kĩ thuật PCR. Các kĩ thuật này cũng đã được mở rộng cho phép tìm ra một số tế bào đích trong các quần thể lớn các vi sinh vật. Ví dụ như, bằng việc sử dụng PCR, có tới 10 tế bào E. coli sinh độc tố có thể được phát hiện ra trong một quần thể 10⁵ tế bào được phân lập từ các mẫu phomat mềm. Nhờ vào hệ thống PCR, có thể phát hiện được 2 đơn vị hình thành khuẩn lạc của Salmonella từ 24 đến 48 giờ, trong khi đó phải mất 3 đến 4 ngày nuôi cấy mới có thể khẳng định được sự có mặt của Salmonella. Để cải thiện độ nhạy và làm tăng tốc độ của phương pháp này, một bước làm giàu sẽ thường xuyên được sử dụng trước khi dùng tới PCR.

Hiện nay, PCR đang được sử dụng để phát hiện nhanh các nhân tố gây bệnh sinh ra từ thực phẩm. Các nghiên cứu gần đây cho thấy việc xây dựng nên các sản phẩm PCR đặc hiệu có từ 159 đến 1223 cặp bazơ phân tách một cách riêng rẽ trong quá trình điện di có thể phát hiện ngay ra Campylobacter jejuni và Arcobacter butzleri trong cùng một mẫu trong vòng 8 tiếng.

Một tiến bộ chính trong việc tìm ra các nhân tố gây bệnh thực phẩm là việc sử dụng đoạn DNA gây bệnh đã được tiêu chuẩn hóa, hoặc “in dấu nhân tố gây bệnh từ thực phẩm”. Trung tâm kiểm soát và ngăn ngừa bệnh tại Mỹ (CDC) đã thành lập một chương trình mới, có tên là PulseNet, trong đó phương PFGE (pulsed-field gel electrophoresis) được sử dụng để kiểm tra các mẫu DNA khác biệt của từng loại vi khuẩn gây bệnh. Với phương pháp đồng nhất này, có thể thấy được mối liên hệ giữa các nhân tố gây bệnh, sự bùng phát bệnh ở các nơi khác nhau trên thế giới với các nguồn thực phẩm đặc trưng. Tài liệu thu thập trên toàn thế giới đang được sử dụng trong FoodNet, một mạng lưới giám sát nhạy bén, để theo dõi 9 loại bệnh chính từ thực phẩm. Bằng việc sử dụng phương pháp của FoodNet có thể biết được tiến trình và nguyên nhân lây nhiễm trong vài ngày chứ không phải là vài tuần. Ví dụ, sự bùng phát Shigella của 3 vùng khác nhau ở Bắc Mỹ đã lan đến tận cây mùi tây Mexico do ô nhiễm nguồn nước tưới tiêu. Chương trình này đã dẫn đến sự thiết lập nhanh chóng mối liên hệ về mặt dịch tễ học và sự giảm đi gần đây các bệnh sinh ra từ thực phẩm.