铜离子生物传感器的模块化设计基于Saccharomyces cerevisiae中的MAPK信号通路
Tao Wang1, Shuwen Ding1, Jiao Xu1
1College of Biotechnology and Pharmaceutical Engineering, Nanjing Tech University, Nanjing 211816, China.
ACS synthetic biology
|June 25, 2025
概括
我们设计了一个敏感的酵母生物传感器来检测铜离子. 该系统使用了一种具有放大反的新型定数感应模块,改进了重金属的环境和健康监测能力.
科学领域:
- 环境科学 环境科学
- 生物技术是生物技术.
- 分子生物学分子生物学
背景情况:
- 铜离子对环境和人类健康构成重大风险.
- 现有的生物传感器经常受到高背景噪音和低灵敏度的影响.
- 开发敏感和可靠的重金属检测方法至关重要.
研究的目的:
- 设计一种酵母生物传感器,提高灵敏度,降低背景噪声,用于检测铜离子.
- 为改进信号检测而构建具有放大正反的定数感应模块.
- 建立铜离子度和生物传感器信号输出的功能模型.
主要方法:
- 构建了一个铜离子可诱导促进剂 (pCUP1),在MATa酵母中驱动α-pheromone表达.
- 利用费洛蒙可诱导促进体 (pprm1) 来驱动绿色光蛋白 (GFP) 的表达.
- 通过将非共识的Pheromone Response Elements (PREs) 转换为共识序列,将prm1促进剂优化为"prm1 Pro".
- 设计了Ste5ΔN-CTM酵母菌株,用于MAPK信号通路的构成性激活.
- 使用CRISPR-Cas9基因编辑来提高灵敏度,破坏了费洛蒙降解基因 (bar1).
- 开发了一个数学模型,将铜离子度与GFP信号输出相关联.
主要成果:
- 工程酵母生物传感器显示,背景噪声降低,对铜离子的检测灵敏度提高.
- 对prm1促进器和Ste5ΔN-CTM底盘的优化显著提高了生物传感器性能.
- 删除BAR1基因有效地抵消了费洛蒙降解,保持了信号完整性.
- 建立了一个可靠的功能模型,将铜离子水平与GFP光度联系起来.
结论:
- 成功设计了一种用于检测铜离子的模块化酵母生物传感器,集成传感,放大和信号报告.
- 开发的系统为有毒重金属的环境监测提供了一个强大的平台.
- 这种方法为创建能够检测其他重金属污染物的生物传感器奠定了基础.
