[发明专利]一种适用于肠道生物毒素检测的人工细胞传感器构建方法

说明书

本发明公开了一种适用于肠道生物毒素检测的人工细胞传感器构建方法，该方法包括如下步骤：1)枯草芽孢杆菌底盘构建；2)生物探针的合成与转化模块的构建；3)人工细胞传感器构建；4)细胞传感器的性能验证及优化。本发明通过利用合成生物学技术拟构建基于肠道环境中生物毒素如具核梭杆菌FadA粘附素、产肠毒素脆弱类杆菌(ETBF)毒素BFT、白介素响应的枯草芽孢杆菌人工细胞传感器，并最终实现对早期结直肠癌的灵敏、快速检测及预警。有别于其他类型的生物传感器，本细胞传感器的主要特点是以构建的枯草芽孢杆菌细胞作为感知肠道生物毒素的敏感材料。利用活体细胞高灵敏地感知传感器细胞外环境的变化，并且通过各类细胞生理参数响应直接反映出来。

技术领域

本发明属于生物技术领域，具体涉及一种枯草芽孢杆菌人工细胞传感器的构建方法。

背景技术

随着人们生活方式和饮食习惯的改变，结直肠癌(Colorectal cancer，CRC)已成为全球第三大常见癌症，预计到2030年，全球结直肠癌的发病率将增加到220万新病例并导致110万人死亡。由于其高发病率和高死亡率，结直肠癌已成为一个主要的世界公共卫生问题。而结直肠从上皮增生到癌变的过程需要经历相对漫长的时间，因此CRC的早期筛查和诊断对有效降低该疾病的发病率和死亡风险及改善预后至关重要。

目前临床上广泛应用于结直肠癌的筛查及早期诊断的手段存在侵入性、费用昂贵、检测敏感性较低和特异性较差等缺陷。故目前迫切需要开发操作简单、经济实惠、安全、且敏感性和特异性相对较高的CRC早期筛查和诊断的新策略。

研究发现结直肠癌的发生发展，往往与炎症密切相关，肠道慢性炎症反应发生后会在肠道局部释放过量的细胞因子如白介素、血红素等并损伤肠黏膜上皮细胞，形成局部免疫抑制，最终将导致癌变发生；同时肠道微生物产生的多种具有代谢活性的物质可将前致癌物转化为致癌物等促进细胞癌变。鉴于肿瘤微环境中细胞因子以及趋化因子、免疫细胞以及肠道菌群的物种多样性和功能多样性，开发针对早期结直肠癌特异性靶点的灵敏检测技术意义重大。

基于此，本发明通过利用合成生物学技术拟构建基于肠道环境中生物毒素如FadA粘附素、肠毒素BFT及白介素等响应的枯草芽孢杆菌人工细胞传感器，并通过性能验证与优化，最终实现对早期结直肠癌的灵敏、快速检测及预警。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足之处，本发明提供了一种适用于肠道生物毒素检测的人工细胞传感器构建方法，通过利用合成生物学技术构建基于肠道环境中生物毒素如FadA粘附素、肠毒素BFT及白介素等响应的枯草芽孢杆菌底盘细胞，并通过微反应器对传感器细胞的检测性能进行优化，最终可用于对早期结直肠癌的的灵敏、快速检测及预警。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种适用于肠道生物毒素检测的人工细胞传感器构建方法，该方法包括如下步骤：

1)适用于肠道环境的枯草芽孢杆菌底盘的构建

利用多组学数据信息对枯草芽孢杆菌细胞代谢及产电机制进行深入剖析，构建代谢物指纹图谱，设计调控元件单元，调控关键限速酶表达，重构代谢通路；应用合成生物学和生物信息技术，对枯草芽孢杆菌细胞的基因组进行连续多次删减操作，通过设计特定的基因回路进行相关代谢途径修饰，去除非必需序列，逐步精简基因组，重构遗传背景清晰，获得对生物毒素如FadA粘附素、肠毒素BFT及白介素等具有高应激响应特性的底盘细胞；

2)对肠道内生物毒素产生响应的生物探针的合成与转化模块的构建