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
锌离子（Zn2+）、杆菌肽（bacitracin）；样品基质：含待测物的水样/培养基（文中以 ZnCl2 或 bacitracin 溶液稀释后复水干粉培养基）
检测原理
待测化合物（Zn2+ 或 bacitracin）随样品进入复水后的干粉培养基，与固定化芽孢接触。工程化枯草芽孢杆菌芽孢萌发为营养细胞后，相应启动子被激活：Zn2+ 诱导 czcD 启动子，bacitracin 诱导 bceA 启动子，使下游 lacZ 报告基因转录并翻译为 β-半乳糖苷酶。β-半乳糖苷酶催化培养基中的 X-gal 底物，生成蓝色不溶性产物；被测物浓度越高，诱导表达越强，酶量越多，蓝色越深。SG57 对照芽孢组成型表达 lacZ，用于判断萌发是否正常及样品是否具有毒性。该体系以基因表达和酶催化显色作为信号放大与换能机制，无需电子换能器，直接比色读数。
检测灵敏度
Zn2+: LOD: 10 μM；线性范围: 10–300 μM；y = 0.0923x + 0.2737；R^2 = 0.9835。Bacitracin: LOD: <70 nM（液体法）/0.035 μM（sposensor, 37°C）；线性范围: 70 nM–7 μM（半对数）；y = 12.472 ln(x) + 52.959；R^2 = 0.98265
效应效果
Zn2+ 传感器在 Zn2+、Ni2+、Cd2+、Cu2+ 中仅对 Zn2+ 显色，选择性较好；37、30、24°C 下响应趋势一致，最低检测浓度为 10 μM，低于饮用水限值 5 mg/L（76.4 μM）约 8 倍。Bacitracin 传感器在无药时无显色，37°C 下可检测 0.035 μM，但颜色强度与浓度之间的定量关系不如 Zn2+ 明确；SG57 对照在所有测试浓度下正常生长，可监测毒性。芽孢可室温长期保存，一步法 16 h 完成萌发与检测，无需仪器，适合现场和非专业人员使用。文中未报告 RSD、回收率或与 ELISA/HPLC/qPCR 的定量对比。
传感器的构成
- 基底载体：Whatman 3 滤纸圆盘，承载并固定化芽孢，便于现场操作
- 固定化层：4% 琼脂与 Tris-KCl 缓冲液混合后点样，用于固定芽孢
- 识别元件：工程化枯草芽孢杆菌（B. subtilis）报告芽孢，HB5016 含 czcD::lacZ，BSGY005168 含 bceAp::lacZ，响应 Zn2+ 或 bacitracin
- 对照元件：SG57 芽孢，组成型表达 lacZ，用于监测萌发与活力
- 报告基因：lacZ 编码 β-半乳糖苷酶（β-galactosidase），作为信号标记物
- 显色底物：5-溴-4-氯-3-吲哚基-β-D-半乳糖吡喃糖苷（X-gal），被 β-半乳糖苷酶催化产生蓝色产物
- 孵育基质：干粉培养基（Bacto-Tryptone、Bacto-yeast extract、NaCl、glucose、X-gal），用待测样品复水
- 终止剂：CuSO4/抗坏血酸/NaCl 杀菌溶液，检测后灭活芽孢与营养细胞
中文摘要
本文开发了一种名为 sposensor 的通用全细胞细菌生物传感器，其核心为固定化的工程化枯草芽孢杆菌芽孢。该传感器包含两类芽孢：报告芽孢携带与响应待测化合物启动子融合的报告基因，对照芽孢用于监测细胞萌发与活力。为满足现场分析要求，作者建立了一步式孵育/检测流程：将芽孢直接置于含待测化合物的培养基中，使其萌发并表达报告基因。两种传感器均以 β-半乳糖苷酶作为报告蛋白，并通过比色法检测其活性。结果表明，sposensor 可有效检测两种性质不同的化合物：金属离子 Zn2+ 和肽类抗生素杆菌肽（bacitracin）。由于芽孢具有高度稳定性和稳健性，sposensor 操作简便、成本低、可现场使用，适用于自然环境中有毒化合物的快速筛查。
英文摘要
A generic whole-cell bacterial sensor called sposensor was developed with immobilized spores from engineered Bacillus subtilis. Sposensor contains two different types of spores: reporting spores that contain a reporter gene fused to a promoter responding to a compound to be detected, and control spores use to monitor cell germination and viability. A one-step incubation/detection process was developed to meet the constraints of on-site analysis. Spores were directly incubated with culture medium containing the compound to be detected. beta-Galactosidase was chosen as a reporter protein in both cases and its activity followed by a colorimetric assay. Results showed that sposensor was efficient in detecting two different compounds, a metal (Zn(2+)) and a peptidic antibiotic (bacitracin). Owing to the stability and robustness of spores, sposensor is a very efficient and easy tool to manipulate for analyzing the presence of toxic compounds in natural settings.