[发明专利]基于全细胞生物传感器的水溶性样品中重金属离子半定量检测方法

说明书

本发明公开一种基于全细胞生物传感器的水溶性样品中重金属离子半定量检测方法，属于环境生物技术领域。该方法操作便利、耗时短、成本低、可视性好、易于定量。利用SRRz裂解基因作为报告元件，响应迅速，菌液在接触重金属2h内光密度明显下降。利用SRRz裂解基因作为报告元件，导致微生物菌体裂解，所得结果与Cd(II)离子浓度相关性较高，检测结果可实现裸眼判断，也可通过可见光分光光度计检测。利用X‑gal对释放到细胞外的β‑半乳糖苷酶进行检测，操作简便。该方法安全性好、无需添加试剂、不受色素干扰、耗时短成本低，具有特异性，易于实现高通量筛查，便于推广；可为重金属污染的日常检测和高通量筛查提供技术支持。

技术领域

本发明属于环境生物技术领域，特别涉及一种基于全细胞生物传感器的水溶性样品中重金属离子(二价镉离子)半定量检测方法。

背景技术

随着人们环保意识的不断增强，对水体污染也越来越重视，尤其是重金属元素对水体的污染。它们不能被生物降解，相反却有在生物体内有积累的倾向，造成慢性中毒。因此，对其进行测定对于人类健康和环境保护都具有重要意义。重金属离子的检测主要有两个发展方向。一种是基于仪器的分析化学方法，如气相色谱-质谱(GC-MS)、高效液相色谱-质谱(HPLC-MS)、原子吸收光谱(AAS)，X射线荧光光谱法(XRF)等，然而基于仪器的分析需要非常昂贵的设备、训练有素的操作员和耗时的样品制备，几乎不可能实时应用这些方法进行现场分析，并且无法反映重金属的生物利用度。另一种方法涉及生物或理化传感器。基于化学的金属传感器使用螯合配体作为传感设备，通过测量光谱变化(例如荧光)来检测金属螯合物的结合，然而由于配体结构不可溶，其应用范围有限。而生物传感器使用生物识别元件(如抗体、抗原、核酸、酶等)提供定量分析信息，被称为检测环境和城市污染的有力工具之一。

生物传感器中有三个基本成分：生物识别元件、报告元件和信号处理系统。在目标化合物存在的情况下，识别元件刺激启动子，进而引发报告基因的转录翻译并产生可量化的信号。虽然从细菌(lux)和萤火虫(luc)产生的荧光酶基因在生物传感器的研究中已被开发，但需要ATP和底物的存在，才能实现生物发光。来自水母的绿色荧光蛋白(GFP)在不添加任何外源基质的情况下产生荧光，但由于荧光蛋白表达响应时间长和背景信号较高，需要用紫外分光光度计判断浓度，仪器昂贵、操作繁琐，其实用性在细菌生物传感器中受到了阻碍。

本发明所述基于微生物全细胞生物传感器的检测方法，能够解决传统常规检测方法存在的前处理周期长、成本高昂、无法快速现场检测、对操作人员专业度要求高等缺陷的问题，以低廉的人力设备成本等达到现场快速准确检测重金属离子的要求。

发明内容

为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种检测水溶性样品中重金属离子的全细胞生物传感器。

本发明的另一目的在于提供上述检测水溶性样品中重金属离子的全细胞生物传感器的构建方法。

本发明的另一目的在于提供上述检测水溶性样品中重金属离子的全细胞生物传感器的应用。

本发明的再一目的在于提供一种基于全细胞生物传感器的水溶性样品中重金属离子半定量检测方法。该方法操作便利、耗时短、成本低、可视性好、易于定量。

在原核生物中，当环境中存在重金属时，重金属识别蛋白(重金属感应转录因子)感知它们的存在并驱动重金属抗性基因的表达，如金属敏感转录因子ArsR/SmtB家族的CadA(Cd)。报告基因是在转录因子(激活因子和/或抑制因子)的控制下从调控DNA区域(启动子和操纵子)表达的。一个报告基因被融合到镉转运体基因的启动子上，该启动子由CadA转录激活因子调控。当镉离子进入细胞时，报告基因的启动子被激活，报告基因表达。