中山 素一九州产业大学生命科学部食品科学课 教授 |  |
■前沿
在食品行业，为实现可持续发展社会而减少食品浪费，以及食品企业的食品卫生管理法“HACCP”的制度化近年来备受关注，延长保存期和保质期以及迅速应对客户投诉成为亟需解决的课题。在消费者高度关注食品安全的当今社会，微生物引起食品安全事故时，必须迅速查明原因微生物并提供信息，同时必须采取措施确保食品安全。然而，常规的微生物鉴定法和菌株识别法需要较长的时间进行分析，并需要高度专业知识来做出最终判定。
为克服这些问题，我们在分析中以临床已开始作为菌种鉴定技术而使用的Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization-Time of Flight Mass Spectrometry（MALDI-TOF MS、基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱法）为核心，目的是普及能以快速、简单、低成本的识别方式鉴定出食品行业中有问题的微生物，并使其成为未来研究和传播食品相关微生物信息的基地。
■食品行业的背景
为了减少微生物引起的食品污染事故，对原材料和环境中混入的微生物进行定量评价和定性评价至关重要。关于定量评价的菌数测量，目前已经开发出了检测细菌产生的ATP（三磷酸腺苷）的快速检测法等。另一方面，作为定性评价的菌种鉴定主要采用传统的观察菌落形态等的性状试验法，或者分析16SrRNA基因（细菌）和26SrRNA基因（真菌）的方法，还都需要较长的时间，较高的专业知识和较高的成本，因此，面对多种样本时完全无法快速确定菌种，例如按时间序列的菌群分析等。这不仅提高了制造现场等的菌群分析难度，还导致了难以查明需要控制的微生物。
食品微生物控制中心内的 MALDI-TOF-MS
■鉴定技术的背景
近年来，在微生物鉴定中，作为质谱技术之一的MALDI-TOF-MS受到关注，并已在临床领域得到广泛应用（1）。
以往的质谱分析技术难以使蛋白质等生物高分子离子化，生物高分子的质谱分析一直比较困难，但近年来，通过混合吸收激光的有机低分子（基质分子）和样本并使其结晶，即使是生物高分子也不会发生分解，可以进行质谱分析。识别微生物时，以菌种保存性较高的核糖体蛋白为主要靶点，利用分子量在2,000～20,000Da（道尔顿）范围内的质谱数据进行识别。
识别时采用的主流方法是指纹鉴定法（2），这种方法无需将光谱数据的峰值逐一分配给特定的蛋白质，而是通过光谱图的相似性来确定菌种。刑事调查中的指纹鉴定是将现场遗留的指纹和从嫌疑人身上采集的指纹与数据库的指纹进行对比来确定嫌疑人（3），同样，我们是根据食品相关微生物的指纹（质谱）来确定（鉴定）菌种。
■课题和活动理念
设备厂商已经开始针对临床用途提供数据库和微生物鉴定软件，但根本问题是，数据库中储存的光谱数据中存在尚未录入待鉴定的食品相关微生物的数据的话，就无法实施鉴定（4）、（5）。事实上，从食品原材料和制造环境中分离出来的菌种有很多都尚未录入数据库，这样导致鉴定的命中率非常低。从食品行业的业务形态来看，即使只是一家公司，也会使用到鱼类、贝类、肉类、乳制品、蔬菜和水果等多种多样的原材料，制造各种食品类别的产品，在公司内部创建全面的数据库存在极限。对此，我们认为扩充食品相关微生物专用数据库是在食品行业推广该方法不可或缺的条件，因此想到了与食品公司一起组建联盟，对于各公司从原材料和环境中分离出来的尚未录入数据库的菌种，将其与通过基因分析获得的菌种名相关联，收集并共享其质谱数据。
食品微生物控制中心内通过MALDI-TOF-MS进行分析
■组建联盟
于是，我们向拥有MALDI-TOF MS的食品相关企业提出了共享数据库的方案，得到很多公司的支持，最终包括九州产业大学在内的13个团体共同组成了联盟，从2020年开始共享数据库，并于2021年在九州产业大学开设了名为“食品微生物控制中心”的联盟（下图1）。数据共享目前是通过电子邮件进行，预定2023年度在九州产业大学内设置专用服务器，推出联盟成员可以自由访问数据的会员制网站。目前只能共享约150个菌株，但我们在今后将进一步加快菌株的获取和数据共享。另外，关于数据库中保存的质谱，由于是供联盟成员进行菌种鉴定使用的，取得方法和品质等的精度管理也很重要。因此，还将就食品行业的MALDI-TOF-MS微生物鉴定法的标准化和精度管理制定相关对策。此外，还计划创建包括食物中毒菌在内的食品污染菌的风险档案（Risk Profile），把细菌从原材料和制造环境中的哪些地方混入的风险比较高等有助于查明原因的信息，以及增殖特性等可用于预测微生物学的信息作为风险数据库，在成员之间共享。对食品污染菌的风险进行建档，还能提高商品化速度，也能为食品行业做出重要贡献。
图1：联盟的活动框架
■预期的结果与未来前景
食品微生物控制中心的作用不仅是推进联盟的活动，还在为当地食品行业广泛提供支援方面也将发挥重要的支柱作用。作为其中的一部分，与福冈县工业技术中心生物食品研究所合作，为当地企业提供了技术支援。在此前的支援中，通过详细查明产品的菌群状态，取得了延长产品保质期等成果。今后还打算将我们的支援扩大到当地各食品公司，无论其规模如何。
关于未来展望，今后将进一步扩大活动范围，计划使“食品微生物控制中心”作为集结了日本的食品污染微生物相关数据的一大支援基地发挥作用（图2）。
图2：食品微生物控制中心的活动模式
通过将重要性较高的食品相关微生物信息添加到数据库中，有助于全体食品企业提高食品安全的技术能力，同时还计划作为新的食品风险评价机制，在食品行业实现标准化。
非常欢迎任何对联盟活动以及通过延长保质期等减少食品浪费感兴趣的食品公司同仁与我们联系。
【参考文献】
1：东山智宣、中西丰文、田洼孝行，Mycotoxins，63，209-216（2013）
2：关口幸惠，肠道细菌学杂志，29，169-176（2015）
3：日本警察厅网站，2008年警察白皮书
4：青山冬树，电泳，61，145-148（2017）
5：上原Satomi、高桥由美、吉原祥子、阿久泽圭子、並木辉美、千叶隆司、铃木淳、贞升 健志、日本食品微生物学会杂志，37，14-19（2020）
原文：《产学官合作月刊》，2021年12月号
翻译编辑：JST客观日本编辑部
