Comparison of the transient responses of Escherichia coli to a glucose pulse of various intensities.

全细胞生物传感器

yciG启动子转录诱导/葡萄糖过量（yciG promoter induction / glucose excess），样品基质：葡萄糖限制恒化器培养液（glucose-limited chemostat culture broth）

E. coli DPD2085 作为全细胞识别元件，在葡萄糖限制稳态培养液中接受葡萄糖脉冲刺激。葡萄糖过量导致溶解氧下降、pH下降和酸化/缺氧应激，激活受 RpoS/σs 及酸化响应调控的 yciG 启动子。启动子驱动 luxCDABE 荧光素酶基因表达，荧光素酶催化荧光素氧化还原反应产生光子。光子透过生物反应器玻璃窗被 PMT 原位计数，得到 RLU/s 信号；扣除稳态基线并归一化后，信号幅度随葡萄糖添加量增加：0.4 和 1 g/L 出现钟形诱导，1 g/L 高于 0.4 g/L，0.08 g/L 无明显诱导。该过程通过基因表达实现信号放大，而非纳米材料或酶催化沉积。

原文未报告 LOD、线性范围、灵敏度斜率或相关系数。

在三种独立恒化器中，稳态碳回收率约98%、电子回收率约97%，质粒携带率始终高于80%，发光背景噪声低于100 RLU/s，诱导信号约10^7 RLU/s。宏观代谢响应（葡萄糖消耗、乙酸/甲酸积累、O2/CO2呼吸和生长速率）在0.08–1 g/L葡萄糖脉冲范围内动态相似，且与脉冲强度无关；而yciG::luxCDABE生物发光在0.4和1 g/L时出现钟形诱导，1 g/L幅度高于0.4 g/L，0.08 g/L无明显诱导，显示剂量依赖。未报告 RSD、回收率或与其他传感方法对比。作者认为原位在线发光监测可避免淬灭和取样步骤，用于实时评估大型生物反应器中底物/氧梯度对细胞生理的影响。

本研究比较了大肠杆菌 DPD2085（yciG::LuxCDABE 报告菌株）对三种不同强度葡萄糖脉冲（0.08、0.4 和 1 g/L）的瞬时响应。实验在稀释率接近 0.15 h−1 的葡萄糖限制恒化器中进行，培养至少五个停留时间达到稳态后，通过快速注射葡萄糖造成葡萄糖过量并伴随氧限制。结果表明，葡萄糖消耗、乙酸和甲酸积累均随时间呈线性变化；比摄取、比生产及呼吸速率在最初数秒内迅速升高，说明该菌株能迅速调节代谢以适应新环境。当从葡萄糖过量过渡回葡萄糖限制时，细胞快速恢复拟稳态。宏观层面的瞬时响应动态在测试范围内与葡萄糖脉冲强度无关。相反，yciG::LuxCDABE 大肠杆菌生物传感器通过原位在线监测细胞生物发光，显示 yciG 启动子的转录诱导依赖于加入葡萄糖的量。该工作首次在同一菌株、培养基和实验装置下直接比较葡萄糖脉冲强度对微生物生长、呼吸和代谢物产生动态的影响。