组成图示
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传感器类型
比色生物传感器
检测对象
抗-HIV-1抗体（anti-HIV-1 antibodies，HIV-1感染者血清）、可溶性CD4（soluble CD4, sCD4，蛋白溶液）
检测原理
该传感器以重组大肠杆菌β-半乳糖苷酶（lacZ）为变构换能器，将HIV-1抗原肽插入其795-796位溶剂暴露区作为识别元件。当HIV-1感染者血清中的抗-HIV-1抗体与gp41或gp120肽结合，或可溶性CD4与gp120 CD4结合位点肽结合时，识别事件在酶表面引发局部构象变化，并通过变构效应传递至活性位点，增强酶对CPRG底物的催化效率。CPRG被水解后生成有色产物，产物量随抗体或CD4浓度增加而增加，在540 nm处吸光度升高。信号放大主要依赖酶催化循环和CPRG底物选择，而非核酸扩增或纳米材料标记。
检测灵敏度
相关系数: r^2 = 0.713 (p = 0.008)；r^2 = 0.230 (p = 0.159)
效应效果
在HIV-1感染者血清中，仅gp41和gp120肽传感器产生显著激活：NF795gpC和JX795-MN最高分别达背景1200%和800%，JX795-IIIB约2倍背景；JX795-p17和JX795-p24无响应，提示相应抗体滴度低或肽段不适合。JX795-B138可被可溶性CD4剂量依赖激活至约130%背景，r^2=0.713、p=0.008；其血清激活与CD4+ T细胞计数相关，全组r^2=0.1082、p=0.0291，未治疗组r^2=0.3727、p=0.0461，治疗组r^2=0.3479、p=0.0162。作者认为该体系可用于抗-HIV-1抗体功能谱筛查，并为CD4靶向智能蛋白药物和标记物设计提供基础。
传感器的构成
- 换能器/酶载体：大肠杆菌β-半乳糖苷酶（E. coli β-galactosidase, lacZ），催化底物水解并发生变构响应
- 识别元件：插入795-796位点的HIV-1抗原肽（gp41 P1/P2、gp120 V3-MN、gp120 V3-IIIB、gp120 CD4BS、p17、p24），结合抗-HIV-1抗体或CD4
- 信号底物：CPRG（chlorophenol red β-D-galactopyranoside），被β-半乳糖苷酶水解生成有色产物
- 反应容器：96孔ELISA板（96-well ELISA Costar microplates），容纳酶、血清或CD4样品
- 读出方式：酶标仪（Labsystems IEMS plate reader）540 nm吸光度，计算有/无样品激活百分比
中文摘要
本研究评估了来自HIV-1结构蛋白gp41、gp120、p17和p24的六种抗原肽作为抗HIV-1抗体识别元件在变构酶学生物传感器中的适用性。通过常规重组DNA技术，将这些肽插入大肠杆菌β-半乳糖苷酶（E. coli β-galactosidase）的溶剂暴露表面，构建一系列嵌合酶。所得酶被用于检测HIV-1感染者血清中的免疫反应性抗体，并评估其变构响应。结果表明，只有gp41和gp120包膜蛋白来源的肽段能够在免疫血清存在下有效转导分子接触信号，其中gp41 P1/P2肽和gp120 V3区肽可显著激活酶活性。值得注意的是，展示CD4结合位点肽KQFINMWQEVGKAMYAPP的酶可被可溶性CD4激活，提示CD4结合可在变构酶上诱导类似抗体诱导契合的构象变化。该发现被置于面向CD4受体细胞设计智能蛋白药物和标记物的背景下讨论。
英文摘要
We have analyzed the suitability of six antigenic peptides from several HIV-1 structural proteins (namely gp41, gp120, p17, and p24), as anti-HIV-1 antibody receptors in an allosteric enzymatic biosensor. These peptides were inserted in a solvent-exposed surface of Escherichia coli (E. coli) beta-galactosidase by means of conventional recombinant DNA technology. The resulting enzymes were tested to allosterically respond to sera from HIV-1-infected individuals. Only stretches from gp41 and gp120 envelope proteins were able to transduce the molecular contact signal in the presence of immunoreactive sera. Intriguingly, the enzyme displaying the CD4 binding site segment KQFINMWQEVGKAMYAPP was activated by soluble CD4, suggesting that it produces conformational modifications on the allosteric enzyme as those occurring during antibody-promoted induced fit. This fact is discussed in the context of the design of smart protein drugs and markers targeted to CD4+ cells.