[发明专利]一种镉离子全细胞生物传感器电路放大的构建方法

说明书

本发明涉及一种镉离子全细胞生物传感器电路放大的构建方法；本研究首次通过添加T7RNAPmut(第40位氨基酸突变成终止密码子)放大模块的方式构建镉全细胞生物传感器p2T7RNAPmut‑68。通过对T7RNAPmut(第40位氨基酸突变成终止密码子)放大模块对电路进行放大来实现生物传感器灵敏度与特异性的提高，以弥补传统的镉离子生物传感器在检测上的不足。以质粒pCDFDuet‑2、pGN68为载体，利用镉特异性结合蛋白CadR、报告元件mCherry、cadO操纵子以及T7RNAPmut放大模块，得到镉离子全细胞生物传感器。本发明提供一种对镉离子敏感的全细胞生物传感器的构建方法，具有广泛适应性。

技术领域

本发明涉及一种镉离子全细胞生物传感器电路放大的构建方法；一种利用T7RNAPmut(第40位氨基酸突变成终止密码子)对镉离子全细胞生物传感器进行电路放大的方法，用于对水样中镉离子进行定量分析。

背景技术

截至到2020年，全球人口已增至75亿，与此对应的是，工业化的快速推进。快速工业化在不断提高人民生活质量的同时，也造成了严重的重金属污染。由于重金属的毒性、难降解特性、且易于通过食物链在人体积累导致一系列的健康问题。2019年7月23日，镉及镉化物被列入《有毒有害水污染物名录(第一批)》。镉污染已越来越受到人们重视，因此，建立重金属镉离子高效快速的检测手段变得尤为重要。

由于重金属毒性高、难降解且易于通过食物链在人体积累，因此容易引发一系列的健康问题。镉的摄入会导致骨软化和骨质疏松。除此之外，镉作为一种内分泌干扰物，可对人类生殖系统产生影响。镉作为一种诱变剂，尽管诱变性很弱，仍有致畸致癌作用和遗传毒素，还会干扰主要的DNA修复途径。镉致癌的目标器官是胰腺、垂体、肝脏、肾上腺、前列腺和造血系。

全细胞生物传感器的生物识别元件为微生物细胞，可响应来自环境的输入并产生可测量的输出。目前，随着测序技术的发展，我们获得了大量关于环境元基因组的序列信息，从中我们可以选择合适的元件及模块。基因合成和基因组编辑技术又大大促进了定制生物系统的构建，以用于检测特定分子或合成生物化学物质。近年来，基于模块化的概念，合成生物学已使多种全细胞生物传感器的设计成为可能。对于重金属离子全细胞生物传感器来说，检测模块由能够与金属离子特异性结合的转录因子(激活物/阻遏物)或双组分系统的传感激酶等元件与调控元件(如启动子，操纵子和核糖体结合位点)构成。报告模块由受到启动子/操纵子表达调控的报告基因构成，通常报告基因由编码可催化形成可测产物的酶(如β-半乳糖苷酶和荧光素酶等)或者编码本身就是可被测量的蛋白质(如绿色荧光蛋白EGFP，红色荧光蛋白mCherry等荧光蛋白)组成。全细胞生物传感器本质上是基于细胞通过金属响应转录或双组分信号转导来对有害重金属做出特异性反应，因此具有灵敏、简便、快速、选择性及抗干扰能力强等优点，在环境监测中有着广泛的应用潜力。目前，特异性不佳、灵敏度不高一直是限制重金属微生物传感器应用的瓶颈问题。

发明内容

为了解决现有技术的问题；我们研究可以通过与放大器耦联来优化全细胞生物传感器基因电路，放大荧光响应信号，进而获得高灵敏度、高特异性的生物传感器。

本研究首次通过添加T7RNAPmut(第40位氨基酸突变成终止密码子)放大模块的方式构建镉全细胞生物传感器p2T7RNAPmut-68。通过对T7RNAPmut(第40位氨基酸突变成终止密码子)放大模块对电路进行放大来实现生物传感器灵敏度与特异性的提高，以弥补传统的镉离子生物传感器在检测上的不足。

本发明是以质粒pCDFDuet-2、pGN68为载体，利用镉特异性结合蛋白CadR、报告元件mCherry、cadO操纵子以及T7RNAPmut放大模块，得到镉离子全细胞生物传感器。