组成图示
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传感器类型
综述或非传感器论文
检测对象
多氯联苯（PCBs，如 3-氯联苯 3-CBP）、氯苯甲酸（CBAs，如 3-CBA、2,3-DiCBA、3,5-DiCBA）；样品基质：加标液体培养基、土壤、根际/植物根表面
检测原理
该全细胞荧光生物传感器以荧光假单胞菌 F113 衍生株为识别与换能单元。当 PCB 进入含 bph 操纵子的菌株时，BphA-D 酶系将 PCB 降解为氯苯甲酸（CBA）；CBA 作为诱导物激活 XylS 蛋白，XylS 结合 pm 启动子，启动 gfp-mut3* 转录翻译，产生绿色荧光蛋白（GFP）。GFP 荧光强度随 CBA 浓度升高而增强，在 3-CBA、2,3-DiCBA 和 3,5-DiCBA 的 4–400 ppm 范围内呈线性关系。F113rifgfp 不含 bph 操纵子，只响应外源 CBA，因此可检测其他降解菌产生的 CBA；当 CBA 被 Pseudomonas sp. B13 消耗时荧光下降。藻酸盐微球可局部保留 CBA，提高诱导效率与信号稳定性。最终通过荧光显微镜或分光荧光计读取荧光强度，判断 PCB 生物可利用性和降解程度。
检测灵敏度
灵敏度: 0.1 ppm；线性范围: 4–400 ppm（3-CBA、2,3-DiCBA、3,5-DiCBA）
效应效果
藻酸盐封装后，F113L::1180gfp 在 3-氯联苯液体中 5 天 100% 细胞荧光，土壤中 10 天 >30% 细胞荧光；F113rifgfp 与 Rhodococcus sp. ITCBP 共培养，液体 5 天约 80% 荧光，土壤 10 天约 50% 荧光，对照无荧光。0.1 mM 3-CBA、2,3-CBA 或 3,5-CBA 处理 24 h 后 100% 细胞荧光；1 mM 3-CBA 与 Pseudomonas sp. B13 共培养 10 h 约 80% 荧光，22 h 后无荧光。自由细胞在 PCB 污染样品中仅 1% 荧光，封装细胞为 10%–43%。作者认为该体系与标准分析方法呈强正相关，可用于原位评估 PCB 生物可利用性和生物修复。
传感器的构成
- 宿主细胞/换能器：荧光假单胞菌 Pseudomonas fluorescens F113 衍生株（F113rifgfp、F113L::1180gfp），作为全细胞识别与信号产生单元
- 识别/调控元件：pm 启动子与 XylS 激活蛋白（来自 TOL 质粒 pJBA26），响应氯苯甲酸（CBA）诱导
- 报告基因/信号标记：gfp-mut3*（GFP 突变体），表达绿色荧光蛋白（GFP）作为荧光信号
- 降解功能元件：bph 操纵子（BphA-D，来自 Burkholderia xenovorans LB400），降解 PCB 产生 CBA；F113L::1180 中由 NodD1 组成型启动子调控
- 遗传整合：染色体整合的 pm-XylS-gfp 和 bph 操纵子，提高质粒稳定性
- 封装基质：藻酸盐（alginate）微球，保护细胞、维持水分与营养、延长存活
- 读出设备：荧光显微镜（epifluorescent microscopy）或分光荧光计（spectrofluorimeter），检测 GFP 荧光强度
中文摘要
全细胞微生物生物传感器是环境监测领域新兴的分子工具，通常通过将 lux、gfp 或 lacZ 等报告基因与污染物响应启动子融合构建。本文综述了用于污染物监测的全细胞微生物生物传感器的基本构建原理，并重点描述两种全细胞荧光生物传感器在检测多氯联苯（PCBs）生物可利用性与生物降解中的应用。该类传感器以荧光假单胞菌 F113 衍生株为宿主，将 gfp-mut3* 报告基因置于 pm 启动子和 XylS 激活蛋白调控之下，使其在 PCB 降解产生的氯苯甲酸（CBA）诱导下表达绿色荧光蛋白。部分菌株还携带来自 Burkholderia xenovorans LB400 的 bph 操纵子，可降解 PCB 并产生 CBA。藻酸盐微球封装可提高细胞存活、保护细胞并维持信号。该体系可用于液体培养基和土壤中监测自身或外源降解菌对 PCB/CBA 的降解过程。
英文摘要
Whole-cell microbial biosensors are one of the newest molecular tools used in environmental monitoring. Such biosensors are constructed through fusing a reporter gene such as lux, gfp or lacZ, to a responsive promoter. There have been many reports of the applications of biosensors, particularly their use in assaying pollutant toxicity and bioavailability. This paper reviews the basic concepts behind the construction of whole-cell microbial biosensors for pollutant monitoring, and describes the applications of two such biosensors for detecting the bioavailability and biodegradation of polychlorinated biphenyls (PCBs).