【科技創新世界潮】

◎本報記者 劉 霞

meiguoweishengwuxuehuizhichu
，kexuejiakeyiduiweishengwuzuoyixieqiaomiaodeshiqing，lirugaizaoxijundexibao
，shiqinenggouganzhitedinghuahewudecunzaibingfachutedingxinxi，caiyongrucifangfadedaodequanxibaoshengwuchuanganqikezaihuanjingheyixuedengduogelingyu“大展拳腳”。

讓細菌“說”出其所見所感

全(quan)細(xi)胞(bao)生(sheng)物(wu)傳(chuan)感(gan)器(qi)是(shi)合(he)成(cheng)生(sheng)物(wu)學(xue)的(de)重(zhong)要(yao)研(yan)究(jiu)領(ling)域(yu)之(zhi)一(yi)
，其(qi)以(yi)微(wei)生(sheng)物(wu)細(xi)胞(bao)作(zuo)為(wei)敏(min)感(gan)元(yuan)件(jian)
，將(jiang)收(shou)集(ji)到(dao)的(de)相(xiang)關(guan)信(xin)號(hao)轉(zhuan)化(hua)為(wei)可(ke)讀(du)信(xin)號(hao)
，可(ke)廣(guang)泛(fan)應(ying)用(yong)於(yu)環(huan)境(jing)汙(wu)染(ran)物(wu)監(jian)測
、食品安全檢測以及疾病診斷等領域。

英國萊斯大學生物科學教授卡洛琳·阿喬·富(fu)蘭(lan)克(ke)林(lin)博(bo)士(shi)的(de)合(he)成(cheng)生(sheng)物(wu)學(xue)實(shi)驗(yan)室(shi)正(zheng)在(zai)開(kai)發(fa)此(ci)類(lei)微(wei)生(sheng)物(wu)傳(chuan)感(gan)器(qi)。她(ta)解(jie)釋(shi)稱(cheng)，為(wei)了(le)生(sheng)存(cun)，細(xi)菌(jun)需(xu)要(yao)知(zhi)道(dao)周(zhou)圍(wei)發(fa)生(sheng)了(le)什(shen)麼(me)。細(xi)菌(jun)身(shen)上(shang)攜(xie)帶(dai)很(hen)多(duo)傳(chuan)感(gan)器(qi)

，這(zhe)些(xie)傳(chuan)感(gan)器(qi)不(bu)僅(jin)能(neng)感(gan)知(zhi)周(zhou)遭(zao)環(huan)境(jing)

，還(hai)會(hui)指(zhi)導(dao)細(xi)菌(jun)做(zuo)一(yi)些(xie)事(shi)情(qing)。科(ke)學(xue)家(jia)希(xi)望(wang)利(li)用(yong)細(xi)菌(jun)的(de)這(zhe)些(xie)自(zi)然(ran)反(fan)應(ying)
，讓(rang)細(xi)菌(jun)告(gao)訴(su)人(ren)們(men)它(ta)們(men)的(de)所(suo)見(jian)所(suo)感(gan)。

盡管有無數種方法可以製造全細胞生物傳感器，但基本原理大同小異：利(li)用(yong)基(ji)因(yin)工(gong)程(cheng)方(fang)法(fa)
，對(dui)細(xi)菌(jun)細(xi)胞(bao)編(bian)程(cheng)，使(shi)其(qi)能(neng)識(shi)別(bie)特(te)定(ding)分(fen)子(zi)並(bing)產(chan)生(sheng)可(ke)測(ce)量(liang)的(de)信(xin)號(hao)。全(quan)細(xi)胞(bao)生(sheng)物(wu)傳(chuan)感(gan)器(qi)通(tong)常(chang)被(bei)設(she)計(ji)為(wei)隻(zhi)有(you)當(dang)其(qi)目(mu)標(biao)分(fen)子(zi)存(cun)在(zai)時(shi)才(cai)能(neng)工(gong)作(zuo)
，這(zhe)種(zhong)調(tiao)諧(xie)特(te)異(yi)性(xing)和(he)靈(ling)敏(min)度(du)的(de)能(neng)力(li)使(shi)微(wei)生(sheng)物(wu)傳(chuan)感(gan)器(qi)成(cheng)為(wei)有(you)前(qian)途(tu)的(de)分(fen)析(xi)工(gong)具(ju)。

在環境和醫學領域發揮作用

zaihuanjingfangmian，quanxibaoshengwuchuanganqikeyidongchaturangzhongdeyingyangshuipingheyoujihuahewu
，weizuowushengchangtigongxinxi
，haikeyizhishiqianzaiwentihuahewudecunzaihenongdu。

例如，卡洛琳團隊與萊斯大學科學家合作開發了一種可以檢測硫代硫酸鹽的生物傳感器。硫代硫酸鹽可以用作飲用水和廢水的脫氯劑、殺菌劑 ,但其過量可能導致藻類大量繁殖。大多數生物傳感器都依賴於報告基因的轉錄來產生信號
，這需要長達30分(fen)鍾(zhong)的(de)時(shi)間(jian)以(yi)及(ji)大(da)量(liang)細(xi)胞(bao)能(neng)量(liang)。為(wei)優(you)化(hua)這(zhe)一(yi)過(guo)程(cheng)，團(tuan)隊(dui)在(zai)大(da)腸(chang)杆(gan)菌(jun)內(nei)創(chuang)建(jian)了(le)一(yi)個(ge)合(he)成(cheng)電(dian)子(zi)傳(chuan)輸(shu)鏈(lian)。來(lai)自(zi)硫(liu)代(dai)硫(liu)酸(suan)鹽(yan)的(de)電(dian)子(zi)穿(chuan)過(guo)這(zhe)個(ge)合(he)成(cheng)鏈(lian)，撞(zhuang)擊(ji)電(dian)極(ji)，在(zai)一(yi)分(fen)鍾(zhong)或(huo)更(geng)短(duan)時(shi)間(jian)內(nei)產(chan)生(sheng)電(dian)流(liu)。

卡洛琳指出
，有了這項技術

，科學家有機會對環境毒素的意外釋放作出快速反應，從而減輕生態影響。

除chu對dui營ying養yang物wu質zhi和he有you毒du化hua合he物wu作zuo出chu反fan應ying外wai，微wei生sheng物wu傳chuan感gan器qi還hai可ke以yi對dui其qi他ta細xi菌jun作zuo出chu反fan應ying
，從cong而er探tan測ce到dao致zhi病bing微wei生sheng物wu的de信xin號hao，以yi幫bang助zhu診zhen斷duan感gan染ran。今jin年nian8月10日，《科學》雜誌刊登了一項引人注目的研究：美(mei)國(guo)加(jia)州(zhou)大(da)學(xue)聖(sheng)迭(die)戈(ge)分(fen)校(xiao)科(ke)學(xue)家(jia)通(tong)過(guo)對(dui)貝(bei)氏(shi)不(bu)動(dong)杆(gan)菌(jun)進(jin)行(xing)巧(qiao)妙(miao)改(gai)造(zao)，讓(rang)基(ji)因(yin)工(gong)程(cheng)菌(jun)能(neng)夠(gou)發(fa)掘(jue)癌(ai)症(zheng)細(xi)胞(bao)的(de)存(cun)在(zai)。據(ju)了(le)解(jie)，這(zhe)是(shi)全(quan)球(qiu)首(shou)次(ci)通(tong)過(guo)基(ji)因(yin)工(gong)程(cheng)菌(jun)檢(jian)測(ce)到(dao)癌(ai)細(xi)胞(bao)的(de)實(shi)驗(yan)研(yan)究(jiu)。

盡(jin)管(guan)這(zhe)項(xiang)技(ji)術(shu)仍(reng)需(xu)進(jin)一(yi)步(bu)研(yan)究(jiu)和(he)完(wan)善(shan)，但(dan)研(yan)究(jiu)者(zhe)堅(jian)信(xin)，這(zhe)項(xiang)技(ji)術(shu)不(bu)僅(jin)可(ke)以(yi)應(ying)用(yong)於(yu)癌(ai)症(zheng)檢(jian)測(ce)，還(hai)能(neng)用(yong)於(yu)其(qi)他(ta)感(gan)染(ran)性(xing)疾(ji)病(bing)的(de)診(zhen)斷(duan)，為(wei)醫(yi)學(xue)的(de)未(wei)來(lai)鋪(pu)就(jiu)了(le)嶄(zhan)新(xin)的(de)道(dao)路(lu)。

此ci外wai，科ke學xue家jia們men還hai創chuang造zao了le可ke攝she入ru人ren體ti內nei的de微wei生sheng物wu傳chuan感gan器qi，其qi可ke以yi檢jian測ce腸chang道dao中zhong的de出chu血xue或huo炎yan症zheng生sheng物wu標biao誌zhi物wu，以yi監jian測ce腸chang道dao健jian康kang
，而er且qie這zhe些xie內nei部bu微wei生sheng物wu設she備bei發fa出chu的de信xin號hao可ke以yi傳chuan輸shu到dao手shou機ji等deng外wai部bu設she備bei，以yi便bian於yu數shu據ju收shou集ji和he分fen析xi。

安全使用是關鍵

renmenxianzaiyijingyongyouyongyujianceturanghuozhenduanjibingdengrenwudegongjuhejishu，weishenmeyaoshiyongweishengwuchuanganqine？kaluolinzhichu，dangshejidaohuaxueteyixingshi
，weishengwuchuanganqinengdafangyicai。

此外，微生物傳感器也可以部署在環境中
，而不會對當地生態係統造成物理破壞（如改變土壤的景觀）。lingyigehaochushi
，weishengwuchuanganqidezhibeihechucunxiangduibianyi，yincizaiziyuankuifachuantongchuanganqiwufahuodedediqu，birudiqiushangdepianyuandiquhuozaiqitaxingqiushang，tamendounenggou“挺身而出”。

卡洛琳表示，隨著該領域的不斷發展，微生物傳感器有望成為常見的分析和檢測工具
，但其還有幾個問題需要解決。

首先
，微生物設備不能也不應該在沒有限製的情況下釋放到環境中。卡洛琳強調，應在物理上（如將微生物限製在某種膠囊或基質中）和生物化學上（如果它們以某種方式逃脫了物理約束
，將不再複製或具有代謝活性）控製微生物。此外
，研究人員還需要與公眾和政策製定者接觸，以了解和解決圍繞微生物傳感器的產生和部署的問題。

卡(ka)洛(luo)琳(lin)強(qiang)調(tiao)稱(cheng)
，理(li)想(xiang)情(qing)況(kuang)下(xia)，未(wei)來(lai)的(de)微(wei)生(sheng)物(wu)傳(chuan)感(gan)器(qi)不(bu)僅(jin)能(neng)感(gan)知(zhi)
，還(hai)能(neng)作(zuo)出(chu)反(fan)應(ying)，也(ye)就(jiu)是(shi)說(shuo)，其(qi)不(bu)僅(jin)可(ke)以(yi)檢(jian)測(ce)汙(wu)染(ran)物(wu)的(de)存(cun)在(zai)，還(hai)可(ke)以(yi)降(jiang)解(jie)汙(wu)染(ran)物(wu)。畢(bi)竟(jing)，這(zhe)是(shi)細(xi)菌(jun)的(de)自(zi)然(ran)行(xing)為(wei)：它們感知威脅並應對它。