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
N-酰基-L-高丝氨酸内酯（AHLs，含 C12-HSL、C4-HSL、3-oxo-C6-HSL、C6-HSL、C8-HSL、3-oxo-C12-HSL）；样品基质：fosmid 克隆 LB/Cm 培养上清（森林土壤与焦化厂活性污泥宏基因组文库）
检测原理
该全细胞生物传感器以大肠杆菌 E. coli JB525-MT102 为传感平台，pJBA132 质粒携带 gfp 报告基因及 LuxR 调控元件。当 fosmid 克隆培养上清中的 AHL 信号分子扩散进入报告菌后，与细胞内 LuxR 转录调控蛋白结合，形成 AHL-LuxR 复合物。复合物识别并结合 lux box 样启动子元件，激活 gfp 转录与翻译，使 GFP 蛋白在细胞内积累。GFP 在 485 nm 激发下产生 538 nm 发射荧光，荧光强度随 AHL 浓度及其诱导能力增加而升高。检测时离心收集报告菌，用无菌水重悬以消除 LB 培养基背景自荧光，再用微孔板荧光计测量相对荧光单位（RFU），并按 OD600 归一化。其信号放大主要依赖基因表达层面的转录-翻译放大，而非酶催化沉积。
检测灵敏度
GFP 响应浓度: C4-HSL 1,000 nM；3-oxo-C6-HSL 1 nM；C6-HSL 10 nM；C8-HSL 10 nM；3-oxo-C12-HSL 10 nM
效应效果
该 GFP 全细胞生物传感器用于高通量筛选约 103,700 个 fosmid 宏基因组克隆，以无插入 DNA 的 pCC1FOS 克隆为阴性对照，采用 t 检验（P<0.01）判定阳性。共获得 3 个显著诱导 GFP 的克隆：N16（P=0.005）、N43（P=0.001）和 N52（P=0.009）；其中 N43 未检出 AHL 合成酶同源物，N16 与 N52 分别获得 AubI/AubR 和 AusI/AusR。两种系统均产生 C12-HSL，并经 1H/13C NMR、FAB-MS、HPLC 和旋光度确证。系统发育分析显示 AusI/AusR 位于 β-变形菌，AubI/AubR 分支极深，提示古老起源。作者认为宏基因组筛选结合 GFP 生物传感器可有效发现未培养细菌中的新型 LuxI/LuxR 型 QS 系统。
传感器的构成
- 细胞基底/换能平台：大肠杆菌 E. coli JB525-MT102 全细胞，AHL 扩散进入细胞并触发报告基因表达
- 质粒修饰层：pJBA132 质粒，携带 gfp 报告基因并参与 luxI-luxR-GFP 指示系统
- 识别元件：LuxR 家族转录调控蛋白，结合 AHL 后形成复合物并激活 gfp 启动子
- 被测物：N-酰基-L-高丝氨酸内酯（AHLs，如 C12-HSL），由 fosmid 克隆培养上清提供
- 信号标记物：绿色荧光蛋白（GFP），表达后产生 485/538 nm 荧光
- 读出装置：SpectraMax Gemini XS Microplate Spectrofluorometer，测量 GFP 荧光并按 OD600 归一化
中文摘要
为从不可培养环境微生物中发掘新型群体感应（QS）系统，作者以森林土壤和焦化厂活性污泥构建 fosmid 宏基因组文库，并利用基于绿色荧光蛋白（GFP）的大肠杆菌生物传感器菌株 E. coli JB525-MT102（pJBA132）进行筛选。该报告菌在 N-酰基-L-高丝氨酸内酯（AHL）诱导下表达不稳定 GFP，通过荧光检测识别可诱导克隆。序列分析发现两对新的 LuxI 家族 AHL 合成酶与 LuxR 家族转录调控蛋白：克隆 N16 的 AubI/AubR 和克隆 N52 的 AusI/AusR。核磁共振和质谱表明 AubI 与 AusI 均产生相同的 C12-HSL。系统发育分析显示 AusI/AusR 属于未培养 β-变形菌，而 AubI/AubR 与已知变形菌 LuxI/LuxR 同源物分支极深，提示其代表更古老的 QS 系统，而非近期水平基因转移获得。研究证明宏基因组筛选有助于揭示细菌 QS 系统的系统发育多样性。
英文摘要
A great deal of research has been done to understand bacterial cell-to-cell signaling systems, but there is still a large gap in our current knowledge because the majority of microorganisms in natural environments do not have cultivated representatives. Metagenomics is one approach to identify novel quorum sensing (QS) systems from uncultured bacteria in environmental samples. In this study, fosmid metagenomic libraries were constructed from a forest soil and an activated sludge from a coke plant, and the target genes were detected using a green fluorescent protein (GFP)-based Escherichia coli biosensor strain whose fluorescence was screened by spectrophotometry. DNA sequence analysis revealed two pairs of new LuxI family N-acyl-L-homoserine lactone (AHL) synthases and LuxR family transcriptional regulators (clones N16 and N52, designated AubI/AubR and AusI/AusR, respectively). AubI and AusI each produced an identical AHL, N-dodecanoyl-L-homoserine lactone (C(12)-HSL), as determined by nuclear magnetic resonance (NMR) and mass spectrometry. Phylogenetic analysis based on amino acid sequences suggested that AusI/AusR was from an uncultured member of the Betaproteobacteria and AubI/AubR was very deeply branched from previously described LuxI/LuxR homologues in isolates of the Proteobacteria. The phylogenetic position of AubI/AubR indicates that they represent a QS system not acquired recently from the Proteobacteria by horizontal gene transfer but share a more ancient ancestry. We demonstrated that metagenomic screening is useful to provide further insight into the phylogenetic diversity of bacterial QS systems by describing two new LuxI/LuxR-type QS systems from uncultured bacteria.