[发明专利]一种响应潜艇金属Ni2+离子的启动子元件及其制备的电化学信号输出传感器和应用

说明书

本发明公开了一种响应潜艇金属Ni²⁺离子的启动子元件及其制备的电化学信号输出传感器和应用。所述启动子元件的核苷酸序列如SEQ ID NO.2所示或者如SEQ ID NO.3所示，其具有显著提高金属Ni²⁺检测灵敏度的能力。本发明还利用所述启动子元件转录表达NAD⁺合成酶和甲酸脱氢酶基因制备得到了电化学信号输出传感器，其通过提高胞内电子池(NAD⁺)总量和NADH/NAD⁺的比值，实现了感应潜艇金属Ni²⁺离子后电化学信号的输出，为筛选高效诱导型启动子及检测方式提供了新的思路和方法，并提高了金属Ni²⁺检测的准确性、安全性和效率。

技术领域

本发明属于分子生物学技术领域，具体涉及一种响应潜艇金属Ni²⁺离子的启动子元件及其制备的电化学信号输出传感器和应用。

背景技术

潜艇由于其隐蔽性高、打击力强的特点，已经成为现代海军的重要组成部分。同时，潜艇作为海洋军事侦查的重要力量，对敌方能够造成巨大威胁。因此，如何实现我国海岸线周边活动潜艇的高效准确探测，是我国海洋防务重点关注的领域。当前潜艇探测方法主要分为声呐探潜和非声探潜，其中非声探潜包括红外、电磁信号检测等等。然而，这些传统的探潜方式存在易暴露、干扰大等不同程度的局限性。近年来，随着现代微生物学及分子生物学技术的快速发展，微生物传感器技术开始受到广泛关注。微生物传感器可以感应环境中各类因素的细微变化，并向外界输出易于被检测的生物信号。因此，基于潜艇舰体及循环水管道释放的金属离子检测的微生物传感器的开发具有重要前景。通过对潜艇合金组成及海水中金属离子分析发现，潜艇合金中含金属镍，而海水中几乎不含该金属元素，因此金属Ni²⁺可作为响应潜艇金属离子的生物传感器的诱导物。目前，开发用于检测潜艇金属离子的生物传感器的主要挑战是高效感应元件的筛选。

沼泽红假单胞菌(Rhodopseudomonas palustris)是一种紫色非硫细菌(purplenon-sulfur bacteria，PNSB)，在自然界中分布很广泛，主要分布在光照充足的厌氧水环境中，它们既能在厌氧光照条件下以低级脂肪酸、多种二羧酸、醇类、糖类、芳香族化合物等低分子有机物作为光合作用的电子供体进行光能异养生长，又能在黑暗有氧条件下以有机物为呼吸基质进行好氧异养生长。同时，该假单胞菌属在生长时需要金属Ni元素作为微量元素，且其基因组中存在金属Ni相关的编码基因。另外，在海水中传统光学信号的传输受到很多因素的干扰，所以通过荧光信号等建立的传感器具有很大的局限性。而结合微生物生理代谢的特点，利用感应金属Ni²⁺离子的启动子元件实现NAD⁺合成酶和甲酸脱氢酶基因的响应表达，提高胞内电子池(NAD⁺)总量和NADH/NAD⁺的比值，通过构建电化学装置实现感应金属Ni²⁺离子后电化学信号的输出，为筛选探潜的高效微生物传感器提供了新的思路和方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种响应潜艇金属Ni²⁺离子的启动子元件及其制备的电化学信号输出传感器和应用。本发明基于转录组学筛选到高效响应潜艇金属 Ni²⁺离子的启动子元件，并利用该启动子元件与NAD⁺合成酶、甲酸脱氢酶基因制备得到电化学信号输出传感器，通过提高胞内电子池(NAD⁺)总量和 NADH/NAD⁺的比值，实现了感应潜艇金属Ni²⁺离子后电化学信号的高输出。

为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明提供了一种响应潜艇金属Ni²⁺离子的启动子元件，所述启动子元件的核苷酸序列如SEQ ID NO.2所示或者如SEQ ID NO.3所示。

进一步的，所述启动子元件来源于沼泽红假单胞菌，是利用转录组学筛选得到的。