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
全细胞生物传感器
检测对象
甲基亚砷酸（methylarsenite, MAs(III)）、苯基亚砷酸（phenylarsenite, PAO）、无机亚砷酸（arsenite, As(III)）；样品基质：LB 培养基/环境水样或农业环境样品
检测原理
该全细胞生物传感器以大肠杆菌 AW3110 为换能器。pBADarsR 在阿拉伯糖诱导下表达 AfarsR；pACYC184-parsO-gfp 的 ArsO 启动子驱动 eGFP。无砷时 AfarsR 结合 ArsO 启动子区，抑制 eGFP 转录；三价砷/类金属（PAO、MAs(III)、As(III)、Sb(III)）进入细胞后与 AfarsR 结合，诱导其构象变化并从启动子解离，解除转录抑制，eGFP 表达增加。荧光强度在 470 nm 激发、510 nm 发射下随三价砷浓度升高而增强。通过改变阿拉伯糖浓度调节 AfarsR 表达量：低浓度提高低浓度响应灵敏度，高浓度提高对高亲和力有机砷的选择性。AW3110 不能外排 As(III)，增强胞内积累，提高响应。
检测灵敏度
线性范围: 0.1–0.5 μM（0.05% 阿拉伯糖，PAO、MAs(III)、As(III)）；线性范围: 2–8 μM（0.5% 阿拉伯糖，MAs(III)）；表观半最大诱导浓度: 约0.25 μM（PAO）、约3 μM（MAs(III)）、约10 μM（As(III)）；毒性抑制阈值: 40 μM As(III) 或更高（>500 ppb）
效应效果
该传感器对三价类金属具有选择性，PAO、MAs(III)、As(III) 和 Sb(III) 可诱导 GFP，而 Cd(II)、MAs(V) 和 DMAs(V) 与对照相当；DMAs(III) 因不稳定未测。选择性顺序为 PAO >> MAs(III) > As(III)，表观半最大诱导浓度分别约 0.25、3 和 10 μM。通过阿拉伯糖浓度调谐：0.05% 时对 PAO 高选择性，0.1–0.5 μM 近似线性；0.5% 时对 MAs(III) 高选择性，2–8 μM 近似线性，几乎不响应 As(III)。As(III) ≥40 μM（>500 ppb）时因宿主超敏感导致荧光和生长下降，但高于多数环境浓度，作者认为不影响实用。该传感器可用于监测除草剂和动物促生长剂降解产物在农业环境中的存在与迁移。
传感器的构成
- 宿主细胞/换能器：大肠杆菌 AW3110（ars::cam）作为全细胞换能器，砷超敏感且不能外排 As(III)，增强胞内砷积累。
- 表达调控质粒：pBADarsR 携带 Acidithiobacillus ferrooxidans arsR（AfarsR）基因，受阿拉伯糖启动子和 AraC 调控，表达 As(III) 响应阻遏蛋白。
- 报告基因质粒：pACYC184-parsO-gfp 携带 A. ferrooxidans arsO 启动子（ParsO）融合增强型绿色荧光蛋白（eGFP），输出荧光信号。
- 识别元件：AfarsR 蛋白识别并结合三价砷/类金属（PAO、MAs(III)、As(III)、Sb(III)），结合后从启动子解离。
- 调控元件：araBAD 启动子与 AraC 蛋白，通过阿拉伯糖浓度调节 AfarsR 表达水平，实现灵敏度/选择性调谐。
- 信号标记物：增强型绿色荧光蛋白（eGFP），在 470 nm 激发、510 nm 发射下产生荧光，作为被测物响应信号。
中文摘要
砷是广泛存在的环境致癌物，甲基砷酸等有机砷化合物用作除草剂和动物生长促进剂，可在环境中降解为毒性更强的无机砷。现有基于 ArsR 阻遏蛋白的细菌全细胞生物传感器主要响应无机亚砷酸，难以区分有机砷形态。本研究构建了一种双质粒全细胞生物传感器，以 Acidithiobacillus ferrooxidans arsR 编码的 As(III) 响应阻遏蛋白 AfarsR 调控 A. ferrooxidans arsO 启动子驱动的增强型绿色荧光蛋白（eGFP）报告基因，并利用阿拉伯糖诱导系统调节 AfarsR 表达水平。三价有机砷与 AfarsR 结合后使其从启动子解离，解除 eGFP 转录抑制，荧光强度随被测物浓度升高而增强。通过改变阿拉伯糖浓度，传感器可在灵敏度与选择性之间调谐：低阿拉伯糖条件下对苯基亚砷酸（PAO）选择性高，高阿拉伯糖条件下对甲基亚砷酸（MAs(III)）选择性高，且对无机亚砷酸响应较低。该传感器有望用于监测含砷除草剂和动物促生长剂降解产物在农业环境中的迁移。
英文摘要
Organoarsenicals used as herbicides and growth promoters for farm animals are degraded to inorganic arsenic. Available bacterial whole-cell biosensors detect only inorganic arsenic. We report a biosensor selective for the trivalent organoarsenicals methylarsenite and phenylarsenite over inorganic arsenite. This sensor may be useful for detecting degradation of arsenic-containing herbicides and growth promoters.