食物从农场到餐桌的过程需要经过生产、加工和流通环节，很容易受各种致病因子污染，这些致病因子可引起涵盖胃肠道疾病、神经免疫疾病甚至癌症等在内的200多种疾病。常见的致病因子包括各种致病微生物、真菌以及毒素、寄生虫和有毒化合物，其中食源性致病菌是造成食品安全问题的主要因素之一。
据WHO统计，全球每年仅食源性或水源性腹泻就导致220万人死亡，其中沙门氏菌是引发微生物食源性疾病的首位致病菌。在美国，每年约有3500万人因食用沙门氏菌污染的食物而感染，26500人住院，420人死亡。而我国平均每6.5人中就有1人因摄入食源性致病菌污染的食品而罹患疾病。美国疾病预防与控制中心监测的9种食源性病原体，沙门氏菌、李斯特菌、大肠埃希氏菌、金黄色葡萄球菌、副溶血弧菌等，所造成的食品安全问题导致了每年数百亿美元的经济损失。
食品一旦被食源性病原体污染，食品企业往往通过程序复杂代价高昂的召回行动将产品召回处理，这对企业乃至全球供应链造成了巨大的经济损失和难以估量的社会影响。食品行业应该如何从被动反应转变为在食品安全问题发生之前就进行预测并采取措施呢？这凸显了加强食品行业控制措施的必要性，我们需要使用更可靠、快速、高效的检测方法对食源性致病微生物进行识别、筛查和溯源，对确保食品安全至关重要。
一、如何识别引起食源性疾病的菌株类型呢？
致病微生物的快速、精准识别是检测的基础。以沙门氏菌为例，其按血清型分类可达2500种以上，如何识别引起食源性疾病的是哪种菌株类型呢？传统的微生物检测采用平板法，需要经增菌培养、分离纯化、生化和血清学鉴定等一系列操作才能鉴定出沙门氏菌的血清型，这可能需要3~5天甚至1~2周的时间。而聚合酶链式反应（PCR）只能针对平板法纯化后的沙门氏菌的特征性靶点开展检测，虽然鉴定时间缩短了1~3天，但该方法通量低，可能有假阳性的情况出现。传统鉴定微生物分子分型技术包括扩增片段长度多态性（AFLP）、限制性片段长度多态性（RFLP）、脉冲场凝胶电泳（PFGE）、多位点序列分型（MLST）、多位点可变数串联重复分析（MLVA）等，但在区分属于同一克隆的菌株时，受分辨率的限制，且操作费时。虽然这些常规技术常被用于食源性疾病爆发的病原基因型鉴定，在很长一段时间里作为主要工具和金标准应用于食源性致病菌的检测识别和溯源追踪，但随着食品流通速度的不断加快，操作繁琐、耗时较长的传统检测方法越来越不能满足食品安全检测的需要。因此，发展更高效、准确、灵敏特异的微生物检测技术变得尤为重要。
二、全基因组测序技术（WGS）成为解锁生命奥秘的重要方式
于是，基因测序技术成为解锁生命奥秘的重要方式之一，从第一代测序技术Sanger法开始，便极大地推动了生命科学、生物医学等多个领域的发展。目前应用较为普遍的第二代测序技术-微生物全基因组测序（WGS），可对几十万到几亿的 DNA 分子进行序列测定，已经实现了自动化或者半自动化，可以迅速精确地获得样品中的微生物基因组信息，且无需对样品进行前增菌培养便可对其中的多种微生物同时进行分析，可以弥补传统微生物检测技术“金标准”的不足，因其高通量、高效率、高准确性及低成本等优势正广泛应用于生命科学各个领域。
在食品安全领域，全基因组测序技术（WGS）在食源性疾病聚集性病例识别和暴发溯源调查中已显示出极大的应用价值和发展潜力，越来越受到重视。例如一些乳品企业开始逐步采用高通量测序技术用于产品中的微生物的控制。其中，最主要的应用就是污染菌的分型和溯源，益生菌的安全性评估、以及乳制品工厂环境中微生物的动态变化研究等。
相比于其它分型溯源技术，高通量测序技术在准确性、灵敏度、数据重现性以及菌株特征分析方面优势明显，它可以在信息缺乏或多种微生物存在的情况下对食源性致病微生物进行检测判定，在基因序列背景下能更科学的识别食源性致病菌的遗传特性、代谢能力、致病机制、追溯食源性疫病暴发源头，为食源性微生物疾病预防和控制提供重要的依据。
三、如何利用全基因组测序技术（WGS）保障食品的安全呢？
随着基因测序技术的不断发展，2011年，以Pac Bio等研发的SMRT测序技术和Oxford Nanopore Technologies研发的纳米孔测序技术为代表的三代测序技术应运而生。
目前，Oxford Nanopore Technologies研发的测序技术已经在全球100多个国家使用，在食品企业的安全管理中也得到了很好的实践。作为全球领军的休闲食品及宠物食品生产企业，玛氏是较早利用该技术实现病原体快速识别的全球食品公司之一, 其玛氏全球食品安全中心科研团队与乔治亚大学食品安全中心、康奈尔大学食品科学系合作，利用Oxford Nanopore Technologies测序技术，评估通过多重测序（图1），确保准确和及时的对牛奶等产品原料中病原体进行确认和血清型鉴定。以沙门氏菌为例，现在已将原来传统血清学方法需要几天到几周的鉴定时间，缩短为8小时内，大大提高了检测效率，最终为企业高效预测微生物的污染风险并采取预防措施提供了参考。通过这项先进科学技术运用，可以帮助提升全行业的食品安全水平，树立消费者信心和促进食品产业的可持续及高质量发展。
图1：多重测序6步法
二代测序技术改进一代测序通量过低的问题，能够同时对上百万个DNA分子进行测序，实现了大规模、高通量测序目标，目前仍占据主流市场。三代测序技术与前两代相比，最大的特点就是单分子测序，测序过程无需进行PCR扩增，所以成本更低，相信在不久的将来三代测序技术会逐渐普及到各行各业。
未来，随着科技的发展，更先进、便捷的测序技术也将应运而生，甚至成为未来实验室分析以及食源性致病菌的常规检测手段。希望未来全基因组测序技术能与更多新兴方法相结合，使其不仅可应用于食源性致病菌的检测识别及溯源，还能在更大范围内为推动食品安全发展作出贡献。