[发明专利]一种生物传感器及其制备方法和应用

说明书

本申请涉及一种生物传感器及其制备方法和应用。所述生物传感器包括同时表达血红素氧化酶‑1、藻胆体核蛋白亚基ApcF2和血红素跨膜转运蛋白的工程化细胞。本申请的生物传感器能够同时表达血红素氧化酶‑1、藻胆体核蛋白亚基ApcF2和血红素跨膜转运蛋白，并低表达血红素，能够有效响应胞外血红素并产生荧光，且自身血红素背景荧光低，可有效进行血红素和/或血液检测。

技术领域

本申请属于基因工程技术领域，涉及一种生物传感器及其制备方法和应用，尤其涉及一种对血红素敏感的生物传感器及其制备方法和应用。

背景技术

人体内的微生物影响着人类的健康，同时也可被用于检测或治疗某些疾病。近年来，人工改造的微生物在疾病的诊治过程中得到了广泛的应用。

合成生物学是一种高效的人工改造微生物的方法，主要使用基本的DNA和RNA元件来构建能够响应某些小分子的基因回路(genecircles)，能输出可定量测定的信号，如荧光信号，从而赋予微生物工程菌新的功能，将相关肠胃道微生物构建成分子传感器(即相关工程菌)，然后通过口服这些分子传感器的方式，使得相关微生物工程菌能够定殖在宿主体内，当宿主发病时，这些分子传感器能够响应此疾病并将其转化为输出信号，从而实现检测疾病。

如有研究报道利用小鼠体内的一种大肠杆菌(NGF-1)，在菌株内构建了能够响应连四硫酸盐的基因回路，从而该大肠杆菌分子传感器能通过检测在肠道炎症期间形成的连四硫酸盐来监测肠道炎症，该分子传感器工程菌能够在6个多月的时间内对小鼠肠道内的炎症情况进行监测。

血红素(Heme)和珠蛋白结合组成血红蛋白，而血红蛋白是红细胞中的重要成分，因此，血红素可作为血液检测的标志物。在大肠杆菌中，血红素合成始于5-氨基乙酰丙酸(5-ALA)，首先，5-ALA前体依次经HemB、HemC和HemD三步酶催化反应，并通过中间体：卟胆原(porphobilinogen，PBG)和尿卟啉原前体(pre-uroporphyrinogen)，生成第一个环四吡咯尿卟啉原III(Uroporphyrinogen III，UROGEN)，然后依次在HemE、HemF(或者HemN)、HemG和HemH酶连续催化反应下，尿卟啉原III通过中间体：粪卟啉原III(coproporphyrinogenIII，COPROGEN)、原卟啉原IX(protoporphyrinogen IX，PROTOGEN)和原卟啉IX(protoporphyrin IX，PROTO)，转化为血红素，其中，氧化产生原卟啉原IX过程中，粪卟啉原III既可以被氧依赖性的氧化酶(HemF)催化，也可以被非氧依赖性的氧化酶(HemN)催化。

有研究报道联合人工设计的大肠杆菌Nissle 1917菌株以及胶囊内镜，开发了一种能够检测肠道出血的方法，该方法利用血红素作为输入信号，其能够诱导下游荧光素酶基因表达并通过分解相关荧光素产生光信号，通过一个小型的电子回路将光信号转变为电信号，以无线传输方式将电信号传递到电脑或手机上，因此，将此工程菌与小型电子回路封装在小胶囊中，病人通过口服胶囊后，就可以检测肠道内是否出血，然而，由于系统多样性，以及报告基因的异源表达，又或者启动子和转录因子因转移到异源系统，此类模式的生物传感器可能在特异性方面存在问题(参见：Mimee M,Nadeau P,Hayward A,et al.Aningestible bacterial-electronic system to monitor gastrointestinal health[J].Science,2018,360(6391):915.)。

综上所述，提供一种高效、高特异性的血液检测传感器，对于血液检测领域具有重要意义。

发明内容

本申请提供了一种生物传感器及其制备方法和应用，所述生物传感器在血红素存在时，经过特定波长的光源激发后，能够发出远红光FR或者近红外光NIR，且具备高特异性和灵敏度，从而能够实现检测血红素以及血液。