การพัฒนาชุดทดสอบรวดเร็วแบบกระดาษร่วมกับ immunomagnetic separation สำหรับเชื้อซาลโมเนลล่า ไทฟิมูเรียม

ซาลโมเนลล่า ไทฟิมูเรียม (Salmonella Typhimurium; S. Typhimurium) เป็นหนึ่งในจุลินทรีย์ก่อโรคในอาหาร  ซึ่งเป็นสาเหตุหลักในการทำให้เกิดโรคอาหารเป็นพิษ โดยการปนเปื้อนของจุลินทรีย์ก่อโรคนี้เป็นปัญหาระดับโลก นอกจากปัญหาด้านสุขภาพแล้ว ยังส่งผลกระทบต่อเศรษฐกิจ อุตสาหกรรมการส่งออกอีกด้วย ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีการตรวจสอบการปนเปื้อนของจุลินทรีย์ก่อโรคนี้ในอาหาร เนื่องจากวิธีมาตรฐาน ISO 6579–1 ที่ใช้ในการตรวจสอบ Salmonella ใช้เวลายาวนานถึง 5-7 วัน  เนื่องจากต้องมีกระบวนการเพิ่มจำนวน (enrichment) การเพาะเลี้ยงเชื้อ (selective culture) และการตรวจยืนยันเชื้อ (Confirmation) ทำให้สูญเสียเวลาที่ยาวนานเกินไปในทางอุตสาหกรรม ส่งผลกระทบต่ออายุของตัวอย่างผลิตภัณฑ์ที่ส่งออก อีกทั้งยังมีค่าใช้จ่ายที่สูง ในปัจจุบันประเทศไทยมีการส่งออกผลิตภัณฑ์สัตว์ปีกโดยเฉพาะไก่ไปยังภูมิภาคเอเชีย ยุโรป และอเมริกา โดยกรมปศุสัตว์ได้กำหนดว่าต้องไม่พบเชื้อ Salmonella ในตัวอย่างอาหาร 25 กรัม (ประกาศกรมปศุสัตว์, 2544) เพื่อยืนยันความปลอดภัยของผลิตภัณฑ์ก่อนส่งออก  ในปัจจุบันได้มีการพัฒนาวิธีตรวจสอบเชื้อแบบรวดเร็ว (rapid pathogen detection) โดยหนึ่งในวิธีที่นิยมในปัจจุบันเน้นการตรวจสอบระดับโมเลกุล เช่น กรดนิวคลีอิก โดยการทำพีซีอาร์ (Polymerase chain reaction; PCR) ซึ่งเป็นวิธีรวดเร็วที่มีความจำเพาะสูง เป็นการเพิ่มจำนวนชิ้นยีนจำเพาะที่เป็นชิ้นยีนเป้าหมายของเชื้อทดสอบชนิดนั้นๆ แต่ข้อเสียของวิธีการนี้คือ เมื่อประยุกต์ใช้ในการตรวจเชื้อในตัวอย่างอาหาร องค์ประกอบของอาหาร เช่น ไขมันและโปรตีนอาจจะรบกวนการเกิดปฏิกิริยา (food matrix interference) หรือบดบังชิ้นยีนที่สำคัญ ทำให้ประสิทธิภาพในการตรวจสอบลดลง และมีความยุ่งยากในการวิเคราะห์ผล เนื่องจากต้องใช้ร่วมกับเทคนิค Gel electrophoresis ซึ่งต้องใช้เครื่องมือและอุปกรณ์ราคาสูงในการวิเคราะห์ผล

    ผู้วิจัยได้ตระหนักถึงความสำคัญในการตรวจเชื้อ S. Typhimurium ในอุตสาหกรรมอาหาร จึงได้พัฒนาวิธีทางเลือกที่รวดเร็วและมีประสิทธิภาพเพื่อสะดวกต่อการใช้งานเพื่อลดกระบวนการเพิ่มจำนวนเชื้อเป้าหมายและคัดแยกเชื้อเป้าหมายออกจากตัวอย่างอาหารตามวิธีมาตรฐาน โดยใช้หลักการ immunomagnetic separation (IMS) ร่วมกับแผ่นทดสอบแบบกระดาษ (Paper-based test strip) โดยในขั้นตอน IMS จะใช้อนุภาคแม่เหล็กระดับนาโน (ferromagnetic nanoparticle; FMN) เชื่อมติดกับแอนติบอดี (antibody) ที่จำเพาะต่อเชื้อ S. Typhimurium (Ab-FMNs) เพื่อเพิ่มความเข้มข้นของเชื้อ โดยการใช้สมบัติความเป็นแม่เหล็กดูดจับเชื้อเป้าหมาย (โดยไม่ต้องอาศัยการ enrichment ซึ่งใช้เวลานาน) และแยกเชื้อเป้าหมายออกจากสารละลายจากปฏิกิริยาระหว่างแอนติเจน (antigen) ที่ผิวเซลล์และ antibody ที่ตรึงอยู่บนอนุภาคแม่เหล็ก เพื่อแยกจุลินทรีย์เป้าหมายออกจากตัวอย่างอาหาร และนำไปเพิ่มจำนวนชิ้นยีนที่จำเพาะโดยวิธีการ PCR และอ่านผล โดยใช้ Paper-based test strip อาศัยหลักการ immunochromatography ซึ่งใช้อนุภาคทองระดับนาโน (AuNPs) ที่เชื่อมติดกับ antibody ที่จำเพาะกับผลิตภัณฑ์จากพีซีอาร์ (PCR product) เป็นตัวให้สัญญาณ ซึ่งจะแสดงผลจากการเคลื่อนที่ไปทำปฏิกิริยาที่บริเวณเส้นทดสอบ (test line) และ เส้นควบคุม (control line) วิธีอ่านผลนี้มีความสะดวกกว่าการทำ gel electrophoresis มาก เนื่องจากไม่จำเป็นต้องใช้เครื่องมือที่ซับซ้อนและราคาแพง รวมถึงผู้เชี่ยวชาญในการทำการวิเคราะห์ โดยผู้อ่านผลเพียงแค่หยดตัวอย่างลงในแผ่นทดสอบจากนั้นสังเกตแถบสีที่ปรากฎขึ้น ซึ่งการวิเคราะห์โดยใช้ Paper-based test strip สามารถบอกผลได้ทั้งเชิงคุณภาพและเชิงปริมาณจากการสังเกตความเข้ม-จาง  โดยเมื่อได้ชุดทดสอบต้นแบบแล้ว ในอนาคตงานวิจัยนี้จะมีการทำโครงการต่อเนื่องโดย มีการตรวจสอบความถูกต้องของชุดทดสอบ (method validation) ตามมาตรฐาน ISO16140-2 เพื่อยืนยันว่าชุดทดสอบสามารถใช้ตรวจสอบเชื้อได้จริง ซึ่งต่างจากงานวิจัยชุดทดสอบอื่นๆที่มักไม่มีการตรวจสอบความถูกต้องของชุดทดสอบ ทำให้ไม่สามารถใช้งานได้จริง หากงานวิจัยนี้ประสบความสำเร็จและให้ผลการทดสอบที่มีประสิทธิภาพ จะสามารถนำไปประยุกต์ใช้กับเชื้อเป้าหมายอื่นๆ โดยการเปลี่ยนสารชีวโมเลกุลตัวกลาง รวมถึงสามารถนำไปพัฒนาเป็นชุดทดสอบทางการค้าเพื่อใช้จริงในอุตสาหกรรมได้ ซึ่งจะส่งผลให้สามารถลดเวลาในการตรวจเชื้อก่อโรคในอาหารเพื่อเพิ่มความปลอดภัยในอาหารได้ทางหนึ่ง