用于芳香族污染物高效檢測的生物傳感器

環(huán)境中芳香族污染物對人身安全及環(huán)境等都造成嚴(yán)重危害，而常規(guī)探測方式存在探測效率低、作業(yè)安全性差、易受干擾等瓶頸問題。因此，基于生物傳感的芳香族污染物探測技術(shù)的發(fā)展具有重要戰(zhàn)略和環(huán)保意義。芳香族污染物分子可以分解為多種化合物，其揮發(fā)后的主要蒸氣成分包括2,4-二硝基甲苯（2,4-DNT）和1,3-二硝基苯（1,3-DNB）。因此，結(jié)合1,3-DNB和2,4-DNT檢測的生物傳感器可以更準(zhǔn)確、更高效地應(yīng)用于芳香族污染物的探測。

然而，目前以1,3-DNB為響應(yīng)物的生物傳感器的研究報(bào)道卻很少?；诖?，楊建明教授團(tuán)隊(duì)研究開發(fā)了一套安全高效檢測1,3-DNB的生物傳感系統(tǒng)。相關(guān)研究成果以“A transcription factor-based bacterial biosensor system and its application for on-site detection of explosives”為題發(fā)表在生物傳感研究領(lǐng)域權(quán)威期刊Biosensors and Bioelectronics上，青島農(nóng)業(yè)大學(xué)王兆寶副教授和碩士研究生馬冉為該論文的并列第一作者，梁波副教授和楊建明教授為通訊作者，青島農(nóng)業(yè)大學(xué)為第一通訊單位。

研究發(fā)現(xiàn)，惡臭假單胞菌（Pseudomonas putida）中的調(diào)控蛋白MexT能夠通過與其下游基因啟動子區(qū)結(jié)合實(shí)現(xiàn)對下游基因PP_2827轉(zhuǎn)錄的正向調(diào)控，且1,3-DNB能夠增強(qiáng)這一調(diào)控，揭示了1,3-DNB參與MexT調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄的機(jī)制，MexT調(diào)控蛋白也因此被確定為1,3-DNB生物傳感器的基本傳感元件?；谝陨显恚ㄟ^對MexT基因和啟動子不同組合的優(yōu)化，研究人員開發(fā)了基于MexT的1,3-DNB生物傳感器，優(yōu)化后的生物傳感器在液相1,3-DNB 的檢測靈敏度達(dá)到0.1 μg/mL，且具備優(yōu)異的檢測特異性和穩(wěn)定性。

在以上研究成果的基礎(chǔ)上，研究人員將該生物傳感器與團(tuán)隊(duì)自行開發(fā)的探測裝置集成，開發(fā)了一套名為“中國地眼（CEE）”的芳香族污染物分子生物傳感系統(tǒng)，以模擬芳香族污染物的現(xiàn)場探測。該系統(tǒng)對沙土中1,3-DNB的檢測靈敏度為0.5 mg/kg土壤，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場大面積檢測和土壤掩埋1,3-DNB的準(zhǔn)確定位。

用于1,3-DNB檢測的中國地眼（CEE）傳感系統(tǒng)

同時，楊建明教授團(tuán)隊(duì)在可視化生物檢測領(lǐng)域亦取得重要進(jìn)展，相關(guān)研究成果以“Development of lycopene-based whole-cell biosensors for the visual detection of trace explosives and heavy metals”為題發(fā)表在分析化學(xué)研究領(lǐng)域Top期刊Analytica Chimica Acta上，青島農(nóng)業(yè)大學(xué)李美潔副教授和碩士研究生呂書喆為該論文并列第一作者，楊建明教授為通訊作者，青島農(nóng)業(yè)大學(xué)為第一通訊單位。

該研究以感應(yīng)2,4-DNT的啟動子（例如yqjF啟動子）作為感應(yīng)元件，以GFP基因或者自發(fā)光基因作為報(bào)告元件，構(gòu)建了檢測2,4-DNT的生物傳感器。但是，已報(bào)道的生物傳感器在野外進(jìn)行芳香族污染物探測時，需使用儀器進(jìn)行特定波長的紫外激發(fā)，以及熒光信號的收集，這使得它們在真正的雷區(qū)中難以應(yīng)用。因此，楊建明教授團(tuán)隊(duì)提出了一種可視化檢測芳香族污染物的創(chuàng)新思路。

研究人員以合成番茄紅素的基因crtEBI作為報(bào)告元件，以DNT響應(yīng)啟動子yqjF為感應(yīng)元件，構(gòu)建了可視化生物傳感器。未感應(yīng)DNT時，crtEBI基因不表達(dá)，不合成番茄紅素，菌液呈淺黃色。感應(yīng)DNT時，啟動crtEBI基因的表達(dá)，產(chǎn)番茄紅素，菌液成紅色。此外，該研究通過過表達(dá)MVA途徑，提高了番茄紅素合成的代謝通量，從而增強(qiáng)了生物傳感器的輸出信號；另外，研究人員引入終止子降低了背景干擾信號。優(yōu)化后的可視化微生物傳感器LSZ05可以感應(yīng)1 mg/L的DNT。對該生物傳感器進(jìn)行表征的結(jié)果證明了在不同環(huán)境因素下的DNT特異性、魯棒性和穩(wěn)定性。該研究為可視化探測環(huán)境中埋藏的芳香族污染物分子奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

　

用于檢測2,4-DNT的可視化生物傳感器

審核編輯：劉清