【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，山東大學(xué)微生物改造技術(shù)全國重點(diǎn)實驗室荀魯盈/夏永振教授團(tuán)隊在生物傳感領(lǐng)域知名期刊Biosensors and Bioelectronics發(fā)表了題為Development and application of a highly specific whole-cell biosensor for supersulfide detection in environmental samples的研究論文。課題組研究生劉帆和王敏為共同第一作者，荀魯盈教授和夏永振教授為共同通訊作者，山東大學(xué)微生物改造技術(shù)全國重點(diǎn)實驗室為第一完成單位。
超硫化物(如單質(zhì)硫、無機(jī)多硫化物H?S?、有機(jī)多硫化物RSS?H等)在生物系統(tǒng)、環(huán)境硫循環(huán)以及鋰硫電池中扮演著關(guān)鍵角色。然而，由于其高反應(yīng)活性和結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，復(fù)雜環(huán)境樣品中超硫化物的準(zhǔn)確定量分析一直面臨較大挑戰(zhàn)。
該研究首次開發(fā)了一種基于根癌農(nóng)桿菌超硫化物感應(yīng)阻遏蛋白AtBigR的全細(xì)胞生物傳感器(AtBigR-WCB)，用于超硫化物的特異性檢測(圖1)。這一新型生物傳感器系統(tǒng)對超硫化物表現(xiàn)出卓越的特異性，對H?S、硫代硫酸鹽和谷胱甘肽等物質(zhì)的響應(yīng)可忽略不計。通過對AtBigR-WCB進(jìn)行系統(tǒng)性優(yōu)化，研究團(tuán)隊構(gòu)建了一個背景泄漏極低、靈敏度高的生物傳感器，能夠在微摩爾水平檢測超硫化物。
圖1. 基于AtBigR的全細(xì)胞超硫化物生物傳感器工作機(jī)制示意圖
在抑制狀態(tài)下(上圖)，AtBigR蛋白處于還原態(tài)并結(jié)合于啟動子區(qū)域，阻斷下游熒光報告基因(mkate)的表達(dá)。遇到超硫化物(如S?、多硫化氫HS?H、有機(jī)多硫化物GS?H等，n≥2)后，AtBigR發(fā)生氧化修飾，DNA結(jié)合能力降低，從而解除對報告基因的抑制，使細(xì)胞產(chǎn)生可檢測的紅色熒光信號。
研究團(tuán)隊成功將AtBigR-WCB應(yīng)用于多種深海沉積物以及鋰硫電池電解液中的超硫化物含量定量分析。應(yīng)用結(jié)果表明，在多種海洋環(huán)境深部沉積物中均檢測到廣泛的超硫化物積累(圖2)。此外，研究還發(fā)現(xiàn)優(yōu)化后的AtBigR調(diào)控系統(tǒng)本身可作為一種新型、低泄漏的基因調(diào)控元件，為合成生物學(xué)提供了一種具有潛在應(yīng)用價值的新型基因調(diào)控系統(tǒng)。
圖2. (A)利用AtBigR-WCB定量分析中國沿海不同地點(diǎn)海洋沉積物中的超硫化物。(B)中國沿海沉積物采樣位置地圖。通過AtBigR-WCB在以下沉積物中測定了超硫化物含量的垂直分布：東海。(C)廈門附近紅樹林。(D)鰲山灣灘涂。(E)黃河口潮間帶。(F)南海冷泉。(G&H) 南海冷泉間隙水中的硫代硫酸鹽和硫酸鹽含量。
該成果為環(huán)境監(jiān)測、能源材料開發(fā)及合成生物學(xué)領(lǐng)域相關(guān)研究提供了創(chuàng)新性技術(shù)平臺。研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、山東省自然科學(xué)基金及實驗室聯(lián)合項目等資助，山東大學(xué)生命環(huán)境研究公共技術(shù)平臺給予了大力支持。
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