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高特異性、靈敏性 重金屬污染的生物傳感研究獲新進展
2022年11月26日 14:31:15
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：羊舌木 點擊量：5724
近段時間，廣東省科學院微生物研究所研究員許玫英團隊利用合成生物學的理念，構建了一種新的銻特異性全細胞生物傳感策略，為砷/銻雙信號同步在線監(jiān)測的生物傳感技術的建立提供了科學支撐。
【化工儀器網(wǎng) 行業(yè)百態(tài)】20世紀以來，隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，化石燃料燃燒、金屬礦產(chǎn)資源的采選冶、含有害重金屬的農(nóng)藥和化肥使用以及生活污染的排放，導致土壤、水體、大氣等環(huán)境重金屬污染程度與污染面積逐年增加，污染嚴重地區(qū)糧食安全生產(chǎn)均受到了不同程度的威脅。
重金屬主要指汞、鎘、鉛、鉻以及類金屬砷等生物毒性顯著的重金屬，也指具有一定毒性的一般重金屬如鋅、銅、鈷、鎳、錫等，其具有長期性、累積性、潛伏性和不可逆性等特點，治理成本高，危害大，對環(huán)境和人體本身都會產(chǎn)生嚴重的危害。如對人體來說，汞食入后會直接沉入肝臟，對大腦視力神經(jīng)破壞極大；鉻會造成四肢麻木、精神異常等。
目前常用的重金屬離子檢測方法包括比色法、毛細管電泳法及原子吸收光譜法、電感耦合等離子體質(zhì)譜法等，這些方法均具有較高的精確度，能夠用于大部分金屬離子的檢測，從而得到了廣泛應用。然而，這些方法都具有一定的局限性，如檢測成本過高、耗時過長、操作復雜、不利于實時和現(xiàn)場監(jiān)測，不能直接反映重金屬離子造成的生物危害等。
生物傳感器一般指由天然的(細胞、核酸、抗體和酶等)或人工合成的(重組抗體和工程蛋白等)生物材料或仿生材料(合成催化劑和分子印跡聚合物等)與物理化學的換能器或換能微系統(tǒng)緊密整合而成的生物分析儀器。生物傳感器的種類繁多，根據(jù)材料識別元件可分為酶生物傳感器、免疫傳感器、全細胞傳感器、核酸傳感器等，酶生物傳感器和細胞生物傳感器主要被用于工業(yè)中的重金屬離子監(jiān)測。
砷和銻是我國高度關注的2種重金屬污染物，盡管目前在砷污染防控方面已經(jīng)進行了大量的研究，基于亞砷酸鹽轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子ArsR蛋白構建的全細胞生物傳感器也已成功應用于農(nóng)村地區(qū)亞砷酸鹽污染的現(xiàn)場監(jiān)控。然而迄今為止，關于銻的特異性生物識別元件及其全細胞生物傳感器的構建和應用仍未見報道。
近段時間，廣東省科學院微生物研究所研究員許玫英團隊利用合成生物學的理念，構建了一種新的銻特異性全細胞生物傳感策略，為砷/銻雙信號同步在線監(jiān)測的生物傳感技術的建立提供了科學支撐。他們通過分析銻暴露誘導表達的響應基因，在食異源物鞘氨醇菌Sphingobium xenophagum C1菌株中鑒定了一種新型的三氧化二銻特異識別元件SxArsR轉(zhuǎn)錄調(diào)控蛋白。
并基于SxArsR蛋白的特異性和SxArsR結合DNA序列的敏感性，研究人員在大腸桿菌細胞中植入并展示了由SxArsR核心操縱子/啟動子區(qū)控制的SxArsR-螢火蟲熒光素酶融合蛋白，使三氧化二銻濃度與誘導生物發(fā)光信號成正比，構建了一種新型的大腸桿菌全細胞生物傳感器。這種基于SxArsR轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子構建的生物傳感器對三氧化二銻具有高特異性、靈敏性和線性響應，對環(huán)境水樣和沉積物中痕量三氧化二銻也表現(xiàn)出良好的監(jiān)測性能。
生物傳感器在環(huán)境監(jiān)測尤其是重金屬離子監(jiān)測領域極具發(fā)展?jié)摿?，盡管目前的生物傳感器研究應用仍處于初級階段，但隨著今后新的生物傳感器不斷被構建，能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)監(jiān)測、微型化、多參數(shù)、多功能化的同時，并且成本經(jīng)濟合理、便于操作攜帶、性能穩(wěn)定等優(yōu)點與特性的生物傳感器，必然是未來的發(fā)展方向。
(資料參考來源：中國科學報)
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