组成图示
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传感器类型
全细胞生物传感器
检测对象
遗传毒性化学物质（genotoxic chemicals）/DNA 损伤剂（DNA damaging agents），包括丝裂霉素 C（MMC）、1-甲基-1-亚硝基-N-甲基胍（MNNG）、萘啶酸（Nal）、4-硝基喹啉 N-氧化物（4-NQO）、甲基甲烷磺酸酯（MMS）、乙基甲烷磺酸酯（EMS）、羟基脲（HU）、氧化应激物、内分泌干扰物、酚类；样品基质为液体化学溶液/96 孔板培养体系
检测原理
待测遗传毒性化学物质进入重组大肠杆菌后，引起 DNA 断裂、烷基化、氧化损伤或复制压力等事件。相应 DNA 损伤响应基因启动子（如 recA、recN、sulA、dinI、sbmC、nrdA、alkA）被激活，驱动与之融合的 lux 操纵子转录和翻译，表达荧光素酶。荧光素酶催化荧光素氧化反应产生光子，形成生物发光信号。毒物浓度越高或 DNA 损伤越强，启动子诱导越强，发光强度越大；实验以最大相对生物发光（Max. RBL）、最低可检测浓度（MDC）、最大响应时间（MRT）和动态浓度范围表征响应。多菌株差异响应模式经 MDC 聚类，可区分 DNA 损伤级联、SOS/DNA 修复和烷基化/甲基化等遗传毒性作用模式。
检测灵敏度
原文未报告 LOD、线性范围、灵敏度斜率或相关系数。
效应效果
该面板对 MMC、MNNG、Nal、4-NQO 呈剂量依赖发光响应。alkA-lux 对 MNNG 诱导 392.5 倍，nrdA 对 Nal log2 比 4.038（约 16 倍）。MMS 主要诱导 alkA-lux，EMS 强诱导 recA 与 alkA，HU 诱导 A/B 组但不诱导 C 组。MV、BV、EVD 高浓度诱导 recA、nrdA、dinI，DPD2794 对应浓度 4.54、0.49、4.5 mM；EtBr 仅 recA >2 倍，CdCl2 无响应，H2O2 诱导 A/B 组但高浓度发光下降。EDCs 仅苯乙烯诱导 recA；酚类基本无遗传毒性，2,4-DCP 对 alkA 2.9 倍。与 Ames 试验总体一致，尤其 recA、dinI，并可区分氧化/烷基化模式，适用于新药、化学品、食品和环境污染物预筛。
传感器的构成
- 细胞基底/换能器：重组大肠杆菌（E. coli RFM443 衍生菌株），作为活细胞传感平台与生物发光换能器
- 识别元件：DNA 损伤响应基因启动子（recA、recN、sulA、dinI、sbmC、nrdA、alkA 启动子），响应特定 DNA 损伤或 SOS 信号
- 信号报告元件：细菌 lux 操纵子（lux operon），受启动子调控表达荧光素酶并产生生物发光
- 反应体系：96 孔板液体培养体系，37°C（DPD2794 为 30°C）暴露待测物
- 读出装置：96 孔板发光计（96-well plate luminometer），测量最大相对生物发光（Max. RBL）
中文摘要
本文报道了一种利用一系列 DNA 损伤特异性发光细菌预测化学物质遗传毒性作用模式的新方法。研究构建了 7 种可感知不同 DNA 损伤的重组发光细菌菌株，并分别用丝裂霉素 C（MMC）、1-甲基-1-亚硝基-N-甲基胍（MNNG）、萘啶酸（Nal）和 4-硝基喹啉 N-氧化物（4-NQO）等模型 DNA 损伤剂进行验证。根据各菌株对特定遗传毒性作用模式的响应，将其分为三类：（a）DNA 损伤级联响应（nrdA-lux、dinI-lux 和 sbmC-lux 菌株）；（b）SOS 响应或 DNA 修复（携带 recA-lux、recN-lux 和 sulA-lux 的菌株）；（c）可能由烷基化引起的 DNA 损伤（alkA-lux 菌株）。这些菌株对不同模型遗传毒性物质的差异响应模式及响应强度可用于判断化学物质的潜在遗传毒性模式。因此，该方法可阐明并分类未知样品的遗传毒性影响模式，并可应用于新药、新合成化学品、食品和环境污染物遗传毒性的预筛。
英文摘要
We report on a novel approach to predict the mode of genotoxic action of chemicals using a series of DNA damage specific bioluminescent bacteria. For this, a group of seven different DNA damage sensing recombinant bioluminescent strains were employed. Each of these strains was tested against model DNA damaging agents, such as mitomycin C (MMC), 1-methyl-1-nitroso-N-methylguanidine (MNNG), nalidixic acid (Nal) and 4-nitroquinoline N-oxide (4-NQO). These biosensors were grouped based on their responses to a specific mode of genotoxic action, such as (a) DNA damage cascade response (biosensor with nrdA-, dinI- and sbmC-lux), (b) SOS response or DNA repair (strains carrying recA-, recN- and sulA-lux), and (c) DNA damage potentially by alkylation (biosensor with alkA-lux). The differential response patterns and its strength of these strains to various model genotoxicants allowed classifying the chemical's potential genotoxic mode. Therefore, it is possible to elucidate and classify the mode of genotoxic impacts of an unknown sample and that together they may be utilized in the pre-screening steps of new drugs, newly synthesized chemicals, food and environmental contaminants.