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
过氧化氢（H2O2）、丙烯醛（acrolein）、2,5-二氯苯醌（2,5-DCBQ）、环丙沙星（ciprofloxacin）、诺氟沙星（norfloxacin）、萘啶酸（nalidixic acid）；样品基质为水溶液/细菌培养诱导体系（GCTMA培养基）
检测原理
DNA损伤剂暴露于大肠杆菌L5细胞后，因ahp、katG、katE基因敲除，细胞内H2O2清除能力下降并快速积累；H2O2经细胞内过渡金属介导的Fenton反应生成高活性羟基自由基，造成氧化性DNA损伤。DNA损伤激活RecA介导的SOS应答，recA启动子驱动pETPrecAegfp5上的EGFP基因表达。EGFP为Phe64Leu/Ser65Thr双突变增强型绿色荧光蛋白，其表达量随损伤剂浓度和DNA损伤程度增加，从而产生可定量荧光信号。检测时以480 nm激发、509 nm发射读取荧光，并用OD600校正细胞密度，以诱导因子表示响应。基因敲除与SOS转录放大共同提高灵敏度。
检测灵敏度
原文未报告明确LOD、线性范围、斜率或R^2；报告的可检测/响应浓度为：H2O2 50 μM（L5可致显著DNA损伤，100 μM诱导因子>2）、acrolein 50 μM、2,5-DCBQ 10 μM、ciprofloxacin 0.1 μM（诱导因子>4）、norfloxacin 0.5 μM；喹诺酮类测试范围0–10 μM，2,5-DCBQ测试范围0–100 μM。
效应效果
L5菌株对H2O2的敏感性至少比未敲除抗氧化基因的B5菌株高10倍，对acrolein至少高20倍；2,5-DCBQ在10 μM即可被L5检出，而B5在0–100 μM无响应。喹诺酮类在0–10 μM呈剂量依赖响应，ciprofloxacin在0.1 μM诱导因子>4，norfloxacin自0.5 μM起强响应，DNA损伤强度顺序为nalidixic acid < norfloxacin < ciprofloxacin，与既往染色体断裂和ROS诱导能力一致。实验n=3，未报告RSD、稳定性或实际样品回收率。作者认为该传感器可用于高通量筛选环境致癌物，如医院废水、工业废水、污染土壤和核废物中的DNA损伤剂。
传感器的构成
- 传感细胞：大肠杆菌L5（E. coli L5, katG- ahp- katE-），作为全细胞识别与信号转导单元，敲除抗氧化基因使H2O2积累并增强DNA损伤响应。
- 报告质粒：pETPrecAegfp5，携带recA启动子驱动的EGFP基因，将DNA损伤/SOS应答转化为荧光表达。
- 识别/转导元件：recA基因及SOS应答系统，响应DNA损伤并激活recA启动子。
- 荧光报告蛋白：EGFP（Phe64Leu/Ser65Thr双突变），作为信号标记物，表达量随DNA损伤程度增加。
- 反应培养基：GCTMA培养基（含葡萄糖、酪蛋白酸水解物、色氨酸、硫胺素、M9盐、氨苄西林），维持细菌生长与诱导。
- 检测载体：96孔板（Corning），承载细胞样品并用于多模态荧光读取。
- 背景对照：B5菌株（BL21(DE3)携带pETPrecAegfp5）或无质粒空白菌株，用于扣除细胞自荧光和背景。
中文摘要
许多已知和潜在化学物质可造成基因组DNA严重损伤，进一步诱发突变和致癌。为从大量化学物质中筛选潜在遗传毒性化合物，需要快速、灵敏的生物分析技术。本研究利用活性氧（ROS）敏感细菌中依赖DNA损伤的SOS应答以及增强型绿色荧光蛋白（EGFP）报告系统，构建了一种复合细菌生物传感器，用于检测DNA损伤剂。通过敲除一个烷基过氧化氢还原酶基因和两个过氧化氢酶基因，该细菌对ROS诱导DNA损伤的敏感性提高10–20倍。该生物传感器可用于快速、灵敏地检测DNA损伤剂，其中一些此前无法被已有细菌生物传感器检出，展示了在DNA损伤评价和大规模筛选DNA损伤剂方面的潜在应用前景。
英文摘要
A number of known and potential chemicals may cause substantial damage to genomic DNA, further inducing mutagenesis and carcinogenesis. To screen potentially genotoxic compounds from a multitude of chemicals, fast and senstive bioanalytical technologies are desirable. By taking advantage of the DNA damage-dependent SOS response (a regulatory signal initiated by damage to DNA or the physiological consequences of such damage in prokaryotes) in reactive oxygen species (ROS)-sensitive bacterium and the enhanced green fluorescent protein reporter, we constructed a composite bacterial biosensor for detection of DNA damage agents. The sensitivity of the bacterium to ROS induced DNA damage is 10-20-times enhanced by the knockout of one alkyl hydroperoxide reductase gene and two catalase genes. This biosensor can be used for fast and sensitive detection of DNA damaging agents among which some cannot be detected by previous bacterial biosensors, demonstrating the potential and promising applications for evaluation of DNA damage and for screening of DNA damaging agents in large scale.