省应用真菌重点实验室杨建明教授团队在微生物传感器领域取得重要进展
生命科学学院

　　近期，生命科学学院杨建明教授团队在微生物传感器领域取得重要进展，相关研究成果已发表在国际生物传感器领域Top期刊Biosensor and Bioelectronics,（2021, IF=10.618，https://doi.org/10.1016/j.bios.2021.113566）（中科院SCI 1区Top期刊），我校梁波副教授和刘云慧（硕士研究生）为该论文的并列第一作者，梁波副教授和杨建明教授为共同通讯作者，我校为第一通讯单位。

　　乙醛广泛存在于环境中，尤其是食品和大气中，具有致癌性，对于人类的健康有很大的威胁。因此急需开发一个快速、准确的检测技术。迄今为止，色谱法和传感器常被用于乙醛浓度的检测。色谱法虽然灵敏度高，然而复杂的衍生化前处理程序和漫长的检测过程极大地限制了其在乙醛实时检测中的应用。生物传感器具有操作简单、灵敏度高、稳定性好、性价比高等特点，但目前研发的乙醛生物传感器灵敏度和特异性较差，不能满足实际样品检测的需求。

　　杨建明教授团队基于乙醛脱氢酶(AldDH)细菌表面展示系统，开发出一种乙醛光学微生物传感器，其检测原理是：AldDH催化乙醛生成乙酸，同时辅酶NAD+还原为NADH，产物NADH在340 nm处有特征吸收峰，因此在一定范围内，随着乙醛浓度的增加，340 nm处的吸光度逐渐升高（如Fig. 1所示）。该研究通过免疫荧光分析证实了AldDH在细菌表面的精确位置，并从外源蛋白表达条件以及全细胞催化剂反应条件方面对该微生物传感器进行优化，获得一个高灵敏度的乙醛微生物传感器（如Fig. 2所示）。该微生物传感器可在1-300 μM范围内对乙醛进行检测，检测限可达0.33 μM（如Fig. 3所示），对乙醛具有极好的底物特异性，对其他的醛、糖、醇、酸类都无响应；且该传感器具有很好的稳定性。最后利用所开发的微生物传感器对实际样品中的乙醛浓度进行检测，通过传统的GC-MS方法充分证明了该微生物传感器检测乙醛的准确性和可靠性。综上，本研究开发的乙醛微生物传感器具有简单、快速、成本低，灵敏度高，特异性高等特点，具有非常广阔的应用前景。

　　上述工作得到青岛农业大学高层次人才引进项目，山东省草业一流学科项目，山东省自然科学基金面上项目和国防科技创新特区重点探索项目等课题的资助。
 

Fig. 1. Concept of the E. coli surface display system and acetaldehyde biosensor
 

Fig. 2. Evaluation of two cell surface display systems. (A) SDS-PAGE (upper) and Western Blot (under) analysis of outer membrane fraction (OM) and cell lysate of two engineered strains. (B) Confirmation of cell surface-displayed AldDH by immunofluorescence analysis. (C) Relative activity of whole-cell catalyst LYH02 and LYH03.

Fig. 3. (A) The UV-visible absorption spectrum of solution with different concentrations of acetaldehyde, the AldDH surface-displayed cells (OD600 of 1.0) and 2 mM NAD+. (B) Calibration curve for acetaldehyde. Error bars represent the standard error of three replicates.