環境中芳香族污染物對人身安全及環境等都造成嚴重危害，而常規探測方式存在探測效率低、作業安全性差、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展具有重要戰略和環保意義。芳香族污染物分子可以分解為多種化合物，其揮發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。基于此，楊建明教授團隊研究開發了一套安全高效檢測1,3-DNB的生物傳感系統。相關研究成果以“A transcription factor-based bacterial biosensor system and its application for on-site detection of explosives”為題發表在生物傳感研究領域權威期刊Biosensors and Bioelectronics上，青島農業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，青島農業大學為第一通訊單位。

研究發現，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結合實現對下游基因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。基于以上原理，通過對MexT基因和啟動子不同組合的優化，研究人員開發了基于MexT的1,3-DNB生物傳感器，優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，且具備優異的檢測特異性和穩定性。

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的探測裝置集成，開發了一套名為“中國地眼（CEE）”的芳香族污染物分子生物傳感系統，以模擬芳香族污染物的現場探測。該系統對沙土中1,3-DNB的檢測靈敏度為0.5 mg/kg土壤，實現了現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

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”為題發表在分析化學研究領域Top期刊Analytica Chimica Acta上，青島農業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，以及熒光信號的收集，這使得它們在真正的雷區中難以應用。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境因素下的DNT特異性、魯棒性和穩定性。該研究為可視化探測環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