微生物全细胞传感器

2014年6月12日
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重金属生物可利用度监测应用
土壤中重金属生物可利用度
• 土壤孔隙水中离子态的能直接被微生物和植物吸收从而产生环境风 险的重金属。 • 检测方法主要由土壤-水提取液分析法和土壤悬浮液分析法。
2014年6月12日
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微生物全细胞传感器的发展方向
提高检测灵敏度和特异性
优化检测过程 加强原位和在线监测
电感耦合等离子体原子发射光谱（ICP—AES） 电感耦合等离子体质谱（ICP—MS） 原子吸收火焰光度计（AAFS） 氢化物发生原子吸收光谱（GHAAS）
优点：高监测灵敏度和高特异性。 缺点：检测周期长；主要对环境中的金属总量测定，不 能检测重金属的生物利用度。
2014年6月12日
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重金属生物可利用度监测应用
水中重金属生物可利用度
• 主要检测水中的As和Fe。 • Stocker等人利用微生物传感器检测到了水中4μg/L的As，并制作了一 种对水样中半定量的As测定的试纸（水样中的As要大于8μg/L）。 • Trang等人对浓度大于10μg/L和小于10μg/L的150份含As水样分别用大 肠杆菌传感器（E.coli)和原子吸收光谱方法进行检测。结果显示，在 低浓度的As水样中，传感器结果与化学检测结果较为一致，可能是 因为在相对简单的水环境中影响重金属进入细胞传感器中的因素较 少，用传感器测定的重金属可利用度接近重金属总量。
• 通常以同源二聚 体激活子形式绑 定与RNA聚合酶 结合位点上。 • 重金属离子与调 控蛋白结合后， 调控蛋白被激活， 结合位点弯曲， 启动信号蛋白合 成。
• 发现种类最多的 调控蛋白。 • 不存在重金属时， 调控蛋白绑定在 RNA聚合酶结合 位点上，抑制聚 合酶与启动子结 合。 • 重金属离子进入 后，调控蛋白脱 落，RNA转录。
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微生物元件作用机制：
信号产出特征：
重金属离子进入细胞后，DNA编码 调控蛋白被激活，启动子启动调控 下游报告基因表达，最后产生可被 检测的信号蛋白。
2014年6月12日
信号从激发到衰减分四个时期：初 始期，线性期，稳定期和衰减期。
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微生物元件中的调控蛋白
MerR家族 ArsR家族 RS家族
汇报人：刘屹 2014年4月
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微生物全细胞传感器
非特异响应
• 仅用于测定样品的毒性，不能反映毒性物质的具体特征（Blekin通 过检测发光细菌—费氏弧菌的荧光减少量测定了其在污染水体中毒 性大小）。
半特异响应 • 对能造成高胞内压力和DNA损伤等危害的特定物质进行检测（Bechor等 人通过对大肠杆菌在不同压力下脂肪酸合成途径的监控，检测了大肠杆 菌对丝裂毒素和紫外辐射响应的情况）。 特异响应 • 常用于重金属离子的检测
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谢谢观赏！
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提高检测灵敏度和特异性
微生物全细胞传感器灵敏度要求高，且调控蛋白并非完全特异。
灵敏 度
提高重金属在细 胞内的积累量 （如敲除细胞内 中和金属离子的 外排系统）。
特异 性
重金属调控蛋白分 子生物学水平的改 造（如进行突变帅 选）。
2来自百度文库14年6月12日
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加强原位和在线监测
• 膜感应器和胞内 二级响应调控蛋 白共同参与。 • 由组氨酸激酶组 成的膜感应器响 应胞外刺激，重 金属离子存在时， 组氨酸激酶产生 硫酸盐，作用于 胞内二级调控蛋 白，调控蛋白激 活或抑制转。
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金属调控蛋白特征
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报告基因的特征
2014年6月12日
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重金属污染的传统检测方法