肠道病毒A71(EV-A71)是一种无包膜的单链正链RNA病毒,属于杯状病毒科,是手足口病(HFMD)的主要致病因子。EV-A71对公共卫生构成重大威胁,因为它可以侵入中枢神经系统,尤其是在幼儿中引发严重的神经系统并发症。自1974年在美国首次被发现以来,亚太地区已多次发生大规模疫情[1,2]。虽然HFMD通常表现为5岁以下儿童的手、脚和口腔黏膜上的水疱性皮疹,但某些EV-A71株具有神经嗜性,可导致无菌性脑膜炎、急性弛缓性麻痹和脑炎[3,4]。这些重症病例导致高发病率和死亡率,给医疗和社会经济带来巨大负担。此外,由于缺乏世界卫生组织(WHO)批准的疫苗,EV-A71感染带来的公共卫生风险进一步加剧。
早期和准确的诊断仍然具有挑战性,因为HFMD的皮肤病变在临床上常常与水痘、麻疹或单纯疱疹病毒的病变难以区分[5]。因此,误诊或延迟检测会阻碍及时治疗和控制,从而加速病毒传播并增加长期神经系统后遗症的风险[6,7]。EV-A71主要通过粪-口途径和呼吸道途径传播,包括通过感染者的唾液、痰液或粪便。环境暴露,特别是通过受污染的废水,进一步促进了肠道病毒感染的流行,使得废水处理设施成为病毒控制的关键且具有挑战性的干预点[8]。
目前,尚无抗病毒药物被批准用于治疗EV-A71感染,完全许可的疫苗仅在中国和台湾可用。因此,开发快速准确的诊断方法对于有效管理患者和预防疫情至关重要。传统上,EV-A71的鉴定依赖于将临床样本接种到人类或灵长类细胞系(如RD、HEK293、HeLa和Vero细胞)中进行病毒分离[9]。然而,这些基于细胞培养的检测方法耗时且灵敏度较低,尤其是在感染早期阶段。因此,包括酶联免疫吸附测定(ELISA)、逆转录聚合酶链反应(RT-PCR)和核苷酸测序在内的分子诊断技术已成为临床检测的标准方法[[10], [11], [12], [13]]。其中,针对VP1区域的RT-PCR检测方法能够高灵敏度和特异性地检测和分型EV-A71。然而,这些分子方法需要复杂的样本预处理、专门的热循环仪器和训练有素的人员,且通常成本较高、分析时间较长[14]。此外,由于EV-A71是一种不耐热的RNA病毒,临床样本的不当储存或运输可能导致RNA降解,从而降低检测效率[15]。
鉴于EV-A71感染具有快速的临床进展和潜在的神经系统并发症风险,迫切需要一种快速、简单且可在现场使用的诊断平台以实现早期检测。在这种情况下,生物传感器技术作为一种有前景的替代方案出现,它们能够灵敏、特异性地检测病毒病原体,同时避免了传统分子检测方法的若干局限性。其中,光学生物传感器——尤其是比色平台——因其直观的视觉读数、最小的仪器要求以及适用于即时检测(PoC)部署而具有吸引力[[16], [17], [18]]。这些特性与对便携式、成本效益高的诊断系统的日益增长的需求高度契合,这些系统能够实现实时病毒监测并支持疫情控制。
M13噬菌体是一种高度适应性的EV-A71抗原生物识别平台,结合了结构稳定性、可调功能性和强目标特异性。噬菌体展示(生物淘选)是一种强大的组合技术,通过反复的结合、洗涤、洗脱和测序循环选择高亲和力肽,所得配体广泛应用于治疗、成像、诊断和生物传感[19,20]。值得注意的是,M13噬菌体具有由大约2700个主要衣壳蛋白(pⅧ)和5个次要衣壳蛋白(pⅢ、pⅥ、pⅦ和pⅨ)组成的丝状结构[21,22]。
在次要衣壳蛋白中,pⅧ和pⅢ可以通过基因工程或化学修饰进行位点特异性功能化。这些特性使M13噬菌体不仅能够作为肽载体使用,还能够作为一种化学可修饰的生物识别平台,通过多价相互作用放大检测信号[[23], [24], [25]]。例如,Lee等人[26]开发了一种与辣根过氧化物酶(HRP)-链霉亲和素(SA)结合的生物素化黑曲霉孢子结合噬菌体,实现了对微量孢子的高灵敏度比色检测,并表现出优于传统抗体基方法的性能。总体而言,这些特性使M13噬菌体成为一种强大的多功能分子探针,适用于临床和环境样本中的病毒、细菌和真菌目标检测。
在本研究中,我们展示了基于噬菌体的比色传感器在快速选择性地检测EV-A71方面的潜力。通过M13噬菌体展示技术筛选和鉴定出具有高亲和力的特异性噬菌体。M13噬菌体的主要衣壳蛋白(pⅧ,约2700个拷贝)通过< />