【儀表網 研發快訊】近日，山東大學微生物改造技術全國重點實驗室荀魯盈/夏永振教授團隊在生物傳感領域知名期刊Biosensors and Bioelectronics發表了題為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，山東大學微生物改造技術全國重點實驗室為第一完成單位。
 

　　超硫化物(如單質硫、無機多硫化物H?S?、有機多硫化物RSS?H等)在生物系統、環境硫循環以及鋰硫電池中扮演著關鍵角色。然而，由于其高反應活性和結構復雜性，復雜環境樣品中超硫化物的準確定量分析一直面臨較大挑戰。
 

　　該研究首次開發了一種基于根癌農桿菌超硫化物感應阻遏蛋白AtBigR的全細胞生物傳感器(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對超硫化物表現出卓越的特異性，對H?S、硫代硫酸鹽和谷胱甘肽等物質的響應可忽略不計。通過對AtBigR-WCB進行系統性優化，研究團隊構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的全細胞超硫化物生物傳感器工作機制示意圖
 

　　在抑制狀態下(上圖)，AtBigR蛋白處于還原態并結合于啟動子區域，阻斷下游熒光報告基因(mkate)的表達。遇到超硫化物(如S?、多硫化氫HS?H、有機多硫化物GS?H等，n≥2)后，AtBigR發生氧化修飾，DNA結合能力降低，從而解除對報告基因的抑制，使細胞產生可檢測的紅色熒光信號。
 

　　研究團隊成功將AtBigR-WCB應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。應用結果表明，在多種海洋環境深部沉積物中均檢測到廣泛的超硫化物積累(圖2)。此外，研究還發現優化后的AtBigR調控系統本身可作為一種新型、低泄漏的基因調控元件，為合成生物學提供了一種具有潛在應用價值的新型基因調控系統。
 

　　圖2. (A)利用AtBigR-WCB定量分析中國沿海不同地點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。

 

　　該成果為環境監測、能源材料開發及合成生物學領域相關研究提供了創新性技術平臺。研究工作得到了國家自然科學基金、山東省自然科學基金及實驗室聯合項目等資助，山東大學生命環境研究公共技術平臺給予了大力支持。