基于基因工程機器的生物傳感和生物調控放大器件的研究

　　2014年8月26日，第十三屆全國青年分析測試學術報告會在陜西西安南洋大酒店隆重開幕。來自全國各地的分析測試學界代表近200人參加了此次報告會，分析測試百科網作為合作媒體全程跟蹤報道了此次會議。來自北京理工大學生命學院的鄧玉林教授做了題為《基于基因工程機器的生物傳感和生物調控放大器件的研究》的報告。

北京理工大學生命學院 鄧玉林教授

　　首先鄧教授介紹了什么是基因工程機器？就是把生物、細胞想象成機器，把生物體部件化，變成標準化的模塊。所謂標準部件就是如DNA那樣具有單一功能的生物分子或器件，如不能再細分的生物分子，也可以是通過一定方式組合的一些標準部件。代表部件如：promoters啟動子，Ribosome Binding Sites核糖體結合位點，蛋白結構域、蛋白編碼的一些區域，終止子等，都可標準化后，接上“接頭”，進行“組裝”。

　　接下來鄧教授介紹了課題組開展的，基于基因工程機器的生物傳感和放大器件的研究：利用生物傳感器（利用活細胞的生物傳感器），生物放大器，并整合到微流控芯片上做微小型檢測機器。

　　（1）用于抗生素檢測的高選擇性生物傳感器和放大器。抗生素濫用問題是很嚴重的，近年來在食品安全中受到關注。鄧教授先介紹了四環素的生物傳感器，傳感器的設計中有一段TertR基因，編碼為TertR蛋白，產生后就和Tert啟動子結合，啟動子這一小段決定了蛋白表達的起始時間和表達的強度。所以TertR蛋白和Tert啟動子一旦結合，后面的表達就無法進行了。所以正常情況下，細胞不會產生任何顏色。而如果有四環素，四環素會和TertR蛋白結合，釋放出Tert啟動子，后續表達可以進行，并呈現綠色，這是綠色熒光蛋白的表達。如果不含四環素，就沒有綠色；有四環素，就顯示綠色。這種方法可以直接檢測牛奶或其它食品中是否含四環素。

　　（2）另一個例子是beta-內酰胺（大環內酯）的生物傳感器。設計了Blal基因，編碼成Blal蛋白，形成dimer二聚體和BlaZ啟動子結合，后面的表達無法進行，正常情況下細胞不顯色。再設計blaR1基因，編碼為blaR1蛋白，它是一個酶，通常情況下無活性，當有beta-內酰胺和其結合后，就激活了blaR1酶的活性。它能把blal蛋白的dimer解聚，釋放BlaZ，即可顯示顏色。接下來進行了測序證明其正確性，并做曲線顯示引入beta-內酰胺后，EGFP的熒光強度與beta-內酰胺濃度的關系。

　　除了傳感器，鄧教授還介紹了可控的生物放大器件。

　　在生物體中，有一個體系叫做T7 Promoter，它是一個強啟動子。有其存在時，可讓m-RMA增加5倍，在蛋白質層次上可能增加10倍甚至更高。所以在其中加入強啟動子T7 promoter，這樣就可成為放大器，只有信號放大，不放大噪音。而再加入超控基因，并調控IPTG的濃度，還可以調控其放大的倍數。

　　還可把前述工作集成到微流控芯片上，課題組開發了一款小型儀器，并做雙盲試驗，把該儀器測試的結果和臺式的實驗室大儀器做了比對，結果不錯。

　　第二類的傳感器和放大器跟環境激素有關。鄧教授主要介紹了類雌二醇類環境激素（壬基酚）的生物傳感和放大器件。

　　鄧教授還介紹了輻射生物計量的生物傳感和放大器件，這類主要用于航天領域。航天員在太空受到重離子、質子輻射，對健康危害較大，而在太空，物理屏蔽很難有效攔截這類輻射。輻射對人體的損傷主要有對DNA的損傷和產生自由基形成刺激損傷。鄧教授介紹了傳感器A（基于DNA損傷的傳感器）的設計，它采用雙穩態傳感器的設計，相互制約表達紅（有輻射）、綠（無輻射）色熒光蛋白。并介紹了相應的放大器，循環放大和計量放大。傳感器B（基于自由基介導的傳感器）設計。