[发明专利]一种潜艇微生物传感器及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种潜艇微生物传感器及其制备方法和应用。所述潜艇微生物传感器包括含有感应金属镉Cd(II)的感应蛋白Cad的感应元件以及电信号元件蛋白mtrCAB，并敲除乳酸脱氢酶1dh基因，增加了细胞内可释放电子，过表达孔蛋白基因OprF增强细菌粘附电极和增加膜磁导率。本发明所构建的潜艇微生物传感器能够感应低浓度的金属镉Cd(II)离子，而产生强电信号，进而实现了对低浓度金属镉离子的实时检测。与其他检测方法相比，所述潜艇微生物传感器检测金属镉离子操作更简便、信号收集更容易，能够用于海洋中对潜艇外壳氧化还原反应释放的金属镉离子的检测，因此具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于基因工程和分子生物学技术领域，具体涉及一种潜艇微生物传感器及其制备方法和应用。

背景技术

海上作战行动中，潜艇因其先进的性能、优越的隐蔽性、持久的续航能力，被称为“深海神器”。每个国家都在潜心研究潜艇技术，以便有效扩展的海上军力。除此之外，如何高效快速的监测敌方的作战潜艇，从而对敌方潜艇实施驱逐和捕获，对我国海洋国防安全具有重要战略意义。当前传统的潜艇探测方法主要包括：声呐探测、红外探测、电磁探测等方法，其中声呐探测是目前各国所使用的最主要方法。然而，在使用声呐探测进行潜艇探测时亦易暴露自身位置。

潜艇在海洋中长期潜行的情况下，一些部位很容易受到海水的腐蚀，继而释放出一定量的金属离子。生物感应技术是利用基因工程手段对菌株进行改造，使得该微生物在感应特定化合物条件下可以发生被检测的变化，从而达到对特定化合物进行检测的目的。通过对潜艇释放的金属离子进行感应，构建微生物传感器，可以达到对潜艇进行实时检测的目的。感应元件包括负责基因转录的启动子、核糖体结合位点、终止子、转录调控蛋白等等，可特异性地感应金属离子，引起下游报告元件产生信号。一般常用的报告元件包括绿色荧光蛋白(GFP)、黄色荧光蛋白(YFP)和红色荧光蛋白(RFP)，分别产生绿色荧光、黄色荧光和红色荧光等可以被检测的感应信号。但是这种信号输出方式并不能应对海洋中复杂的环境和众多的干扰因素。

因此，需要对报告元件和宿主进行优化，获得一种方便于海水中进行实时检测的潜艇微生物感应器。

发明内容

本发明提供了一种潜艇微生物传感器及其制备方法和应用。所述潜艇生物传感器中含有感应金属离子Cd(II)的感应元件以及电信号元件蛋白mtrCAB，敲除了宿主大肠杆菌的乳酸脱氢酶ldh基因，过表达孔蛋白基因OprF，从而增加了细胞内电流信号强度。本发明提供的潜艇微生物传感器，可以实现对海洋中的金属镉离子的实时荧光检测，从而进一步对潜艇进行实时监测。

为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明提供了一种潜艇生物感应器，所述潜艇生物感应器中包含电信号元件蛋白基因、感应元件、孔蛋白基因，并同时敲除了大肠杆菌乳酸脱氢酶基因。

进一步的，所述电信号元件蛋白基因为mtrCAB基因，其核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示；所述感应元件为cad基因，其核苷酸序列如SEQ ID NO.3所示。

进一步的，所述孔蛋白基因为oprF基因，其核苷酸序列如SEQ ID NO.6所示；所述大肠杆菌乳酸脱氢酶基因为ldh基因，其核苷酸序列如SEQ ID NO.4所示。

进一步的，所述潜艇生物感应器具有感应金属镉离子Cd(II)的作用。

本发明还提供了所述的潜艇生物感应器的制备方法，包括以下步骤：

(1)将电信号元件蛋白mtrCAB基因利用PCR扩增、纯化回收，其与质粒pACYCDuet-1同时使用EcoR I和Hind III进行双酶切，将mtrCAB片段与质粒酶切片段进行无缝连接，连接产物转化大肠杆菌感受态细胞，于含抗生素的LB固体平板上筛选阳性克隆，得到重组质粒p-mtrCAB；