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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(jìn)展

2022-11-26 17:14:38來源：儀器網(wǎng)關(guān)鍵詞：生物傳感閱讀量：2022

　　【儀器網(wǎng) 行業(yè)要聞】20世紀(jì)以來，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)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(dǎo)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(yán)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(diǎn)，治理成本高，危害大，對(duì)環(huán)境和人體本身都會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的危害。如對(duì)人體來說，汞食入后會(huì)直接沉入肝臟，對(duì)大腦視力神經(jīng)破壞極大；鉻會(huì)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(xì)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(yīng)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(shí)過長、操作復(fù)雜、不利于實(shí)時(shí)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(xì)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(xué)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(shí)別元件可分為酶生物傳感器、免疫傳感器、全細(xì)胞傳感器、核酸傳感器等，酶生物傳感器和細(xì)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(guān)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(jìn)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(gòu)建的全細(xì)胞生物傳感器也已成功應(yīng)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(guān)于銻的特異性生物識(shí)別元件及其全細(xì)胞生物傳感器的構(gòu)建和應(yīng)用仍未見報(bào)道。

　　近段時(shí)間，廣東省科學(xué)院微生物研究所研究員許玫英團(tuán)隊(duì)利用合成生物學(xué)的理念，構(gòu)建了一種新的銻特異性全細(xì)胞生物傳感策略，為砷/銻雙信號(hào)同步在線監(jiān)測的生物傳感技術(shù)的建立提供了科學(xué)支撐。他們通過分析銻暴露誘導(dǎo)表達(dá)的響應(yīng)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(shí)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(jié)合DNA序列的敏感性，研究人員在大腸桿菌細(xì)胞中植入并展示了由SxArsR核心操縱子/啟動(dòng)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(dǎo)生物發(fā)光信號(hào)成正比，構(gòu)建了一種新型的大腸桿菌全細(xì)胞生物傳感器。這種基于SxArsR轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子構(gòu)建的生物傳感器對(duì)三氧化二銻具有高特異性、靈敏性和線性響應(yīng)，對(duì)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(lǐng)域極具發(fā)展?jié)摿?，盡管目前的生物傳感器研究應(yīng)用仍處于初級(jí)階段，但隨著今后新的生物傳感器不斷被構(gòu)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(shí)，并且成本經(jīng)濟(jì)合理、便于操作攜帶、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)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(xué)報(bào))

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