[发明专利]一种镉离子微生物全细胞生物传感-吸附器的构建及应用

说明书

本发明公开了一种镉离子微生物全细胞生物传感‑吸附器的构建及应用。本发明公开的镉离子微生物全细胞生物传感‑吸附器含有CadR基因、lpp‑ompA‑CdBD基因、荧光蛋白编码基因与驱动这三种基因表达的启动子，启动子的活性由CadR蛋白质与镉的复合物激活；CadR基因编码氨基酸序列是序列表中序列2的CadR蛋白质lpp‑ompA‑CdBD基因编码氨基酸序列是序列表中序列4的lpp‑ompA‑CdBD蛋白质。实验证明，本发明的镉离子微生物全细胞生物传感‑吸附器可以指示镉离子的存在，并可同时实现对镉离子的吸附，具有很好的应用前景。

技术领域

本发明涉及生物技术领域中，一种镉离子微生物全细胞生物传感-吸附器的构建及应用。

背景技术

自然界中镉的原始分布并不广泛，多以硫化镉的形态存在于非铁金属矿和岩层中。镉元素主要通过地壳活动、化学风化等方式进行自然播散。镉是人体非必需元素并可对人体健康造成严重危害，镉是具有致癌、致畸、致突变作用的剧毒重金属元素。伴随人类活动如采矿、冶炼，特别是工农业的迅猛发展，镉广泛应用于电镀、镍-镉充电电池、半导体元件、合金、塑料稳定剂、杀虫剂、防腐剂等制造行业。工业化进程伴随着镉元素的“重新分布”，镉元素目前普遍存在于大气、土壤、水体中。值得注意的是，镉作为不可自然降解的重金属，其毒性具有隐蔽性、长期性和不可逆性等特点，环境中低浓度的镉可通过土壤-植物、水体-浮游生物-鱼贝类迁移转化，经食物链积累和放大，进而对人类产生更大的毒害。消除环境镉残留却是耗时耗资的大工程。环境中含镉污染物的检测、吸附和回收是化学工作者关注的焦点。

目前环境重金属残留的检测方法主要为物理化学方法，如原子光谱法、电感耦合等离子体质谱法。这类方法需要昂贵的专业设备，根据样品性质需要摸索不同的前处理方法，检测时效性差，并对操作人员的专业技术要求高。20世纪70年代以来，微生物传感器的开发为环境中重金属的检测提供更多选择和诸多便利，微生物传感器重点检测可生物利用的重金属毒物，检测快速，成本低廉，但灵敏度不高是其主要缺点。

围绕运用生物学手段处理环境重金属污染，避免物理化学方法可能对环境造成的二次污染，研究者们结合基因工程、蛋白质工程和微生物细胞表面展示技术，尝试将一些可吸附有毒重金属的靶分子展示在模式微生物大肠杆菌、酵母等细胞表面，开发出了一系列微生物金属吸附器。然而由于微生物展示系统的局限性，研究主要集中在金属结合寡肽、金属硫蛋白的菌体细胞表面展示。

目前，已有多个镉离子微生物全细胞生物传感器成功开发，用于镉离子的高特异性生物指示。镉离子微生物全细胞吸附器也有研究报道，可实现镉离子的高选择性吸附，但关于一体化的镉离子微生物全细胞生物传感-吸附器，尚未见文献报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何同时实现环境中镉的指示与富集。

为解决上述技术问题，本发明首先提供了一种具有镉生物传感-吸附器功能的微生物，记为微生物1，该微生物含有CadR基因、lpp-ompA-CdBD基因、荧光蛋白编码基因与驱动所述CadR基因、所述lpp-ompA-CdBD基因与所述荧光蛋白编码基因表达的启动子，所述启动子的活性由CadR蛋白质与镉的复合物激活；

所述CadR基因编码如下A1)、A2)或A3)的CadR蛋白质：

A1)氨基酸序列是序列表中序列2的蛋白质；

A2)将序列表中序列2所示的氨基酸序列经过一个或几个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加且具有相同功能的蛋白质；

A3)在A1)或A2)的N末端或/和C末端连接蛋白质标签得到的融合蛋白质；

所述lpp-ompA-CdBD基因编码如下B1)、B2)或B3)的lpp-ompA-CdBD蛋白质：

B1)氨基酸序列是序列表中序列4的蛋白质；