中山 素一九州產業大學生命科學部食品科學課 教授 |  |
■前緣
在食品行業，爲實施永續發展社會而減量食品浪費，以及食品企業的食品衛生管理法「HACCP」的制度化近年來備受關注，延長保存期和保質期以及迅速因應客戶投訴成爲亟需解決的課題。在消費者高度關注食品安全的當今社會，微生物引起食品安全事故時，必須迅速查明終極因數微生物並提供資訊，同時必須採取措施確保食品安全。然而，常規的微生物鑑定法和菌株識別法需要較長的時間進行分析，並需要高度專業知識來做出最終判定。
爲克服這些問題，我們在分析中以臨牀已開始作爲菌種鑑定技術而使用的Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization-Time of Flight Mass Spectrometry（MALDI-TOF MS、基質輔助雷射脫附游離飛行時間質譜法）爲核心，目的是普及能以快速、簡單、低成本的識別方式鑑定出食品行業中有問題的微生物，並使其成爲未來研究和傳播食品相關微生物資訊的基地。
■食品行業的背景
爲了減量微生物引起的食品污染事故，對原料和環境中混入的微生物進行定量評價和定性評價至關重要。關於定量評價的菌數測量，目前已經開發出了檢測細菌產生的ATP（三磷酸腺）的快速檢測法等。另一方面，作爲定性評價的菌種鑑定主要採用傳統的觀察菌落形態等的表徵試驗法，或者分析16SrRNA基因（細菌）和26SrRNA基因（真菌）的方法，還都需要較長的時間，較高的專業知識和較高的成本，因此，面對多種樣本時完全無法快速確定菌種，例如按時間序列的菌羣分析等。這不僅提高了製造現場等的菌羣分析難度，還導致了難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
■鑑定技術的背景
近年來，在微生物鑑定中，作爲質譜技術之一的MALDI-TOF-MS受到關注，並已在臨牀領域得到廣泛應用（1）。
以往的質譜分析技術難以使蛋白質等生物巨分子離子化，生物巨分子的質譜分析一直比較困難，但近年來，透過混合吸收雷射的有機低分子（基質分子）和樣本並使其結晶，即使是生物巨分子也不會發生分解，可以進行質譜分析。識別微生物時，以菌種保存性較高的核糖體蛋白爲主要靶點，利用分子量在2,000～20,000Da（道耳頓）範圍内的質譜資料進行識別。
識別時採用的主流方法是指紋鑑定法（2），這種方法無需將光譜資料的峰值逐一分配給特定的蛋白質，而是透過光譜圖的相似性來確定菌種。刑事調查中的指紋鑑定是將現場遺留的指紋和從嫌疑人身上採集的指紋與資料庫的指紋進行對比來確定嫌疑人（3），同樣，我們是根據食品相關微生物的指紋（質譜）來確定（鑑定）菌種。
■課題和活動理念
設備廠商已經開始針對臨牀用途提供資料庫和微生物鑑定軟體，但根本問題是，資料庫中儲存的光譜資料中存在尚未錄入待鑑定的食品相關微生物的資料的話，就無法實施鑑定（4）、（5）。事實上，從食品原料和製造環境中分離出來的菌種有很多都尚未錄入資料庫，這樣導致鑑定的命中率非常低。從食品行業的業務形態來看，即使只是一家公司，也會使用到魚類、貝介類、肉類、乳製品、蔬菜和水果等多種多樣的原料，製造各種食品類別的產品，在公司内部建立全面的資料庫存在極限。對此，我們認爲擴充食品相關微生物專用資料庫是在食品行業推廣該方法不可或缺的條件，因此想到了與食品公司一起組建聯盟，對於各公司從原料和環境中分離出來的尚未錄入資料庫的菌種，將其與透過基因分析獲得的菌種名相關聯，收集並共用其質譜資料。
食品微生物控制中心内透過MALDI-TOF-MS進行分析
■組建聯盟
於是，我們向擁有MALDI-TOF MS的食品相關企業提出了共享資料庫的方案，得到很多公司的支援，最終包括九州產業大學在内的13個團體共同組成了聯盟，從2020年開始共享資料庫，並於2021年在九州產業大學開設了名爲「食品微生物控制中心」的聯盟（下圖1）。資料共享目前是透過電郵進行，預定2023年度在九州產業大學内設置專用伺服器，推出聯盟成員可以自由訪問資料的會員制網站。目前只能共用約150個菌株，但我們在今後將進一步加快菌株的獲取和資料共享。另外，關於資料庫中保存的質譜，由於是供聯盟成員進行菌種鑑定使用的，取得方法和品質等的精度控制也很重要。因此，還將就食品行業的MALDI-TOF-MS微生物鑑定法的標準化和精度控制制定相關對策。此外，還計劃建立包括食物中毒菌在内的食品污染菌的風險檔案（Risk Profile），把細菌從原料和製造環境中的哪些地方混入的風險比較高等有助於查明終極因數的資訊，以及增殖特性等可用於預測微生物學的資訊作爲風險資料庫，在成員之間共用。對食品污染菌的風險進行建檔，還能提高商品化速度，也能爲食品行業做出重要貢獻。
圖1：聯盟的活動框架
■預期的結果與未來前景
食品微生物控制中心的作用不僅是推進聯盟的活動，還在爲當地食品行業廣泛提供支援方面也將發揮重要的支柱作用。作爲其中的一部分，與福岡縣工業技術中心生物食品研究所合作，爲當地企業提供了技術支援。在此前的支援中，透過詳細查明產品的菌羣狀態，取得了延長產品保質期等成果。今後還打算將我們的支援擴大到當地各食品公司，無論其規模如何。
關於未來展望，今後將進一步擴大活動範圍，計劃使「食品微生物控制中心」作爲集結了日本的食品污染微生物相關資料的一大支援基地發揮作用（圖2）。
圖2：食品微生物控制中心的活動模式
透過將重要性較高的食品相關微生物資訊添加到資料庫中，有助於全體食品企業提高食品安全的技術能力，同時還計劃作爲新的食品風險評估機制，在食品行業實施標準化。
非常歡迎任何對聯盟活動以及透過延長保質期等減量食品浪費感興趣的食品公司同仁與我們聯繫。
【參考文獻】
1：東山智宣、中西豐文、田窪孝行，Mycotoxins，63，209-216（2013）
2：關口幸惠，腸道細菌學雜誌，29，169-176（2015）
3：日本警察廳網站，2008年警察白皮書
4：青山冬樹，電泳，61，145-148（2017）
5：上原Satomi、高橋由美、吉原祥子、阿久澤圭子、並木輝美、千葉隆司、鈴木淳、貞升 健志、日本食品微生物學會雜誌，37，14-19（2020）
原文：《產學官合作月刊》，2021年12月號
翻譯編輯：JST客觀日本編輯部
