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，結合1,3-DNB和2,4-DNT檢測的生物傳感器可以更準確、更高效地應用于芳香族污染物的探測。

然而，目前以1,3-DNB為響應物的生物傳感器的研究報道卻很少?；诖耍瑮罱鹘淌趫F隊研究開發(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域權威期刊Biosensors and Bioelectronics上，青島農業(yè)大學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，青島農業(yè)大學為第一通訊單位。

研究發(fā)現(xiàn)，惡臭假單胞菌（Pseudomonas putida）中的調控蛋白MexT能夠通過與其下游基因啟動子區(qū)結合實現(xiàn)對下游基因PP_2827轉錄的正向調控，且1,3-DNB能夠增強這一調控，揭示了1,3-DNB參與MexT調控基因轉錄的機制，MexT調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?，通過對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上，研究人員將該生物傳感器與團隊自行開發(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，實現(xiàn)了現(xiàn)場大面積檢測和土壤掩埋1,3-DNB的準確定位。

用于1,3-DNB檢測的中國地眼（CEE）傳感系統(tǒng)

同時，楊建明教授團隊在可視化生物檢測領域亦取得重要進展，相關研究成果以“Development of lycopene-based whole-cell biosensors for the visual detection of trace explosives and heavy metals”為題發(fā)表在分析化學研究領域Top期刊Analytica Chimica Acta上，青島農業(yè)大學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，青島農業(yè)大學為第一通訊單位。

該研究以感應2,4-DNT的啟動子（例如yqjF啟動子）作為感應元件，以GFP基因或者自發(fā)光基因作為報告元件，構建了檢測2,4-DNT的生物傳感器。但是，已報道的生物傳感器在野外進行芳香族污染物探測時，需使用儀器進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)中難以應用。因此，楊建明教授團隊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作為報告元件，以DNT響應啟動子yqjF為感應元件，構建了可視化生物傳感器。未感應DNT時，crtEBI基因不表達，不合成番茄紅素，菌液呈淺黃色。感應DNT時，啟動crtEBI基因的表達，產番茄紅素，菌液成紅色。此外，該研究通過過表達MVA途徑，提高了番茄紅素合成的代謝通量，從而增強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1 mg/L的DNT。對該生物傳感器進行表征的結果證明了在不同環(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實基礎。

　

用于檢測2,4-DNT的可視化生物傳感器

審核編輯：劉清