【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】生物傳感器是在各種應(yīng)用中快速檢測、實(shí)時(shí)成像和精確定量目標(biāo)分子的重要工具。傳統(tǒng)的基因編碼生物傳感器的底物結(jié)合域通常局限于非催化蛋白質(zhì)如轉(zhuǎn)錄因子、周質(zhì)結(jié)合蛋白和G蛋白偶聯(lián)受體等，而在底物/效應(yīng)物結(jié)合時(shí)經(jīng)歷顯著構(gòu)象變化的酶類蛋白質(zhì)很少被考慮用于基因編碼生物傳感器的開發(fā)。目前，特定有機(jī)酸和氨基酸的精確測定通常需要借助高效液相色譜、氣相色譜以及質(zhì)譜等精密儀器，并需要在專業(yè)實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行操作，這限制了其在實(shí)際應(yīng)用中的通用性。尤其是在需要即時(shí)檢測(point-of-care testing，POCT)的情景下，傳統(tǒng)的檢測方法顯得不夠?qū)嵱谩Ｒ虼耍叫栝_發(fā)一種系統(tǒng)性的方法來設(shè)計(jì)和生成可基因編碼的生物傳感器，以實(shí)現(xiàn)對有機(jī)酸及其衍生物的快速、精確檢測，并將其應(yīng)用于各種實(shí)際場景。
 

　　近日，中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所高通量編輯與篩選平臺實(shí)驗(yàn)室研究員王猛帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)，提出了全新的設(shè)計(jì)理念并開發(fā)了相應(yīng)的高通量篩選方法，將酶轉(zhuǎn)化為可基因編碼的、基于循環(huán)排列熒光蛋白(cpFP)的生物傳感器(Genetically Encoded Circularly Permuted Fluorescent Protein-based Indicators to Detect Organic Acids，GECFINDER)。
 

　　該團(tuán)隊(duì)獲得了11種有機(jī)酸和氨基酸的GECFINDER，并驗(yàn)證了GECFINDERs是針對有機(jī)酸和氨基酸的高靈敏度、高特異性生物傳感器，具有良好的穩(wěn)定性和較高的動態(tài)范圍。該研究進(jìn)行了GECFINDER應(yīng)用的初步探索，發(fā)掘了基于循環(huán)排列熒光蛋白的生物傳感器在體外應(yīng)用的潛力，證明了GECFINDER在復(fù)雜生物樣品中可以高效、準(zhǔn)確地定量氨基酸濃度，有望成為針對苯丙酮尿癥(PKU)等先天性代謝疾病的POCT快速診斷工具。此外，該研究還開發(fā)了一種基于GECFINDER與液滴微流控相結(jié)合的超高通量篩選方法，并篩選了由該團(tuán)隊(duì)前期開發(fā)的BETTER技術(shù)生成的核糖體結(jié)合位點(diǎn)突變文庫，獲得了苯丙氨酸高產(chǎn)菌株(苯丙氨酸產(chǎn)量相較于初始菌株提升了將近10倍)。
 

　　該研究將具有催化功能的蛋白應(yīng)用于基于cpFP生物傳感器的開發(fā)，構(gòu)建了將酶快速轉(zhuǎn)化為生物傳感器的高通量篩選方法，并探索了基于cpFP生物傳感器體外應(yīng)用的方式，將基于cpFP的生物傳感器應(yīng)用于精確氨基酸定量和與液滴微流控相結(jié)合的有機(jī)酸高產(chǎn)菌株篩選中，這為將酶作為藍(lán)圖用作生物傳感器的設(shè)計(jì)、構(gòu)建和應(yīng)用提供了新方向。
 

　　相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然-通訊》(Nature Communications)上。研究工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、合成生物學(xué)海河實(shí)驗(yàn)室重大攻關(guān)類項(xiàng)目、中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會和天津市合成生物技術(shù)創(chuàng)新能力提升行動的支持。
 

GECFINDER高通量篩選流程示意圖