组成图示
点击图片查看大图 · 依据论文自动绘制
传感器类型
荧光生物传感器
检测对象
病原菌 DNA（铜绿假单胞菌 Pseudomonas aeruginosa、鲍曼不动杆菌 Acinetobacter baumannii、大肠杆菌 Escherichia coli、肺炎克雷伯菌 Klebsiella pneumoniae，细菌基因组 DNA/PCR 产物）；Wilson 病 ATP7B 基因 R778 位点突变（R778P/L/Q，患者/非患者基因组 DNA）
检测原理
该传感器以 Bacillus thuringiensis 芽孢为稳定生物基底，表面通过 pSD-SA 展示 core streptavidin。链霉亲和素与生物素标记 DNA 探针发生强特异性结合，探针再与病原菌 16S/23S rDNA 或 Wilson 病 ATP7B 突变序列杂交。靶标 DNA 上携带 FITC 荧光标记，结合/杂交事件使荧光分子富集于芽孢表面。每个芽孢可展示约700–800个链霉亲和素，每个链霉亲和素可结合4–5个生物素，形成多价捕获与信号放大。靶标 DNA 浓度越高，杂交并保留的 FITC 标记分子越多，荧光强度越强，最终由 SpectraMax M2 微孔板读取 RFU 信号。
检测灵敏度
原文未报告 LOD、线性范围、灵敏度斜率或 R^2。
效应效果
系统对四种病原菌 DNA 均产生明显荧光，展示芽孢平均荧光较背景提高约2–4倍，无展示对照荧光低，显示一定选择性；杂交后30 min 内完成检测。Wilson 病 SNP 中，正常 R778R 与正常 DNA 完全杂交，R778L 和 R778Q 突变可被检测，R778P 信号较低，可能与杂交构象有关。芽孢表面可展示约700–800个链霉亲和素，每个结合4–5个生物素，提供多价捕获与信号增强。作者强调芽孢耐热耐化学、可低成本量产，适合作为病原菌和遗传病 DNA 诊断的简单平台；未报告 RSD、回收率或与 ELISA/PCR 的定量对比。
传感器的构成
- 生物基底/换能载体：Bacillus thuringiensis 4Q7 芽孢（spore），提供稳定表面并承载展示蛋白
- 基因表达/锚定层：pSD-SA 质粒、inhA 启动子与外鞘蛋白 InhA 锚定系统，使 core streptavidin 展示于芽孢表面
- 识别元件：core streptavidin（链霉亲和素），特异性结合生物素（biotin）
- 靶标捕获探针：生物素标记 DNA 探针（biotinylated DNA probe，3′-biotin），与病原菌 16S/23S rDNA 或 ATP7B 突变序列杂交
- 信号标记物：FITC 荧光标记 DNA/肽（FITC-conjugated DNA/peptide），提供荧光信号
- 检测介质：PBS（pH 7.4）及 6×SSPE/甲酰胺杂交液，用于杂交与清洗
- 信号读出：SpectraMax M2 微孔板荧光读数（fluorescence microplate reader），输出 RFU
中文摘要
本研究旨在开发一种利用链霉亲和素展示芽孢作为分子机器的简便 DNA 生物传感器新方法。作者将 core streptavidin 基因克隆至 Bacillus thuringiensis 4Q7 芽孢表达载体 pSD-SA，使链霉亲和素展示于芽孢表面，并以荧光光谱作为监测工具，用于确认表面展示及 DNA 检测。作为概念验证，研究采用铜绿假单胞菌、鲍曼不动杆菌、大肠杆菌和肺炎克雷伯菌的 16S/23S rDNA 区域 PCR 产物，通过生物素标记探针与芽孢表面链霉亲和素结合，检测病原菌 DNA；同时利用 ATP7B 基因 R778 位点正常及突变序列，检测 Wilson 病单核苷酸多态性。结果表明，链霉亲和素展示芽孢可有效捕获 DNA 靶标，用于病原菌检测和 Wilson 病突变分析。该策略可作为开发高灵敏度芽孢基生物传感器的简单平台，适用于诊断中任意所需 DNA 靶标。
英文摘要
AIMS: The purpose of this study was to develop a general method for the facile development of a new DNA biosensor which utilizes streptavidin-displayed spores as a molecular machinery.
METHODS AND RESULTS: Fluorescence spectroscopy was used as a monitoring tool for the streptavidin displayed on the surface of Bacillus thuringiensis spores and as a diagnosis method for DNA detection. As a proof-of-concept, four pathogenic bacteria including Pseudomonas aeruginosa, Acinetobacter baumannii, Escherichia coli and Klebsiella pneumonia were used for the detection of pathogenic species. In addition, a set of mutant variants of Wilson's disease were also used for the detection of single nucleotide polymorphism (SNP) in this system.
CONCLUSIONS: This strategy, utilizing streptavidin-displayed spores, is capable of capturing DNA targets for the detection of pathogenic bacteria and for mutation analysis in Wilson's disease.
SIGNIFICANCE AND IMPACT OF THE STUDY: This approach could be useful as a simple platform for developing sensitive spore-based biosensors for any desired DNA targets in diagnostic applications.