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20世紀以來，隨著社會經濟的快速發展，化石燃料燃燒、金屬礦產資源的采選冶、含有害重金屬的農藥和化肥使用以及生活污染的排放，導致土壤、水體、大氣等環境重金屬污染程度與污染面積逐年增加，污染嚴重地區糧食安全生產均受到了不同程度的威脅。

重金屬主要指汞、鎘、鉛、鉻以及類金屬砷等生物毒性顯著的重金屬，也指具有一定毒性的一般重金屬如鋅、銅、鈷、鎳、錫等，其具有長期性、累積性、潛伏性和不可逆性等特點，治理成本高，危害大，對環境和人體本身都會產生嚴重的危害。如對人體來說，汞食入后會直接沉入肝臟，對大腦視力神經破壞極大；鉻會造成四肢麻木、精神異常等。

目前常用的重金屬離子檢測方法包括比色法、毛細管電泳法及原子吸收光譜法、電感耦合等離子體質譜法等，這些方法均具有較高的精確度，能夠用于大部分金屬離子的檢測，從而得到了廣泛應用。然而，這些方法都具有一定的局限性，如檢測成本過高、耗時過長、操作復雜、不利于實時和現場監測，不能直接反映重金屬離子造成的生物危害等。

生物傳感器一般指由天然的(細胞、核酸、抗體和酶等)或人工合成的(重組抗體和工程蛋白等)生物材料或仿生材料(合成催化劑和分子印跡聚合物等)與物理化學的換能器或換能微系統緊密整合而成的生物分析儀器。生物傳感器的種類繁多，根據材料識別元件可分為酶生物傳感器、免疫傳感器、全細胞傳感器、核酸傳感器等，酶生物傳感器和細胞生物傳感器主要被用于工業中的重金屬離子監測。

砷和銻是我國高度關注的2種重金屬污染物，盡管目前在砷污染防控方面已經進行了大量的研究，基于亞砷酸鹽轉錄調控因子ArsR蛋白構建的全細胞生物傳感器也已成功應用于農村地區亞砷酸鹽污染的現場監控。然而迄今為止，關于銻的特異性生物識別元件及其全細胞生物傳感器的構建和應用仍未見報道。

近段時間，廣東省科學院微生物研究所研究員許玫英團隊利用合成生物學的理念，構建了一種新的銻特異性全細胞生物傳感策略，為砷/銻雙信號同步在線監測的生物傳感技術的建立提供了科學支撐。他們通過分析銻暴露誘導表達的響應基因，在食異源物鞘氨醇菌Sphingobium xenophagum C1菌株中鑒定了一種新型的三氧化二銻特異識別元件SxArsR轉錄調控蛋白。

并基于SxArsR蛋白的特異性和SxArsR結合DNA序列的敏感性，研究人員在大腸桿菌細胞中植入并展示了由SxArsR核心操縱子/啟動子區控制的SxArsR-螢火蟲熒光素酶融合蛋白，使三氧化二銻濃度與誘導生物發光信號成正比，構建了一種新型的大腸桿菌全細胞生物傳感器。這種基于SxArsR轉錄調控因子構建的生物傳感器對三氧化二銻具有高特異性、靈敏性和線性響應，對環境水樣和沉積物中痕量三氧化二銻也表現出良好的監測性能。

生物傳感器在環境監測尤其是重金屬離子監測領域極具發展潛力，盡管目前的生物傳感器研究應用仍處于初級階段，但隨著今后新的生物傳感器不斷被構建，能夠實現連續監測、微型化、多參數、多功能化的同時，并且成本經濟合理、便于操作攜帶、性能穩定等優點與特性的生物傳感器，必然是未來的發展方向。

(資料參考來源：中國科學報)

關鍵詞： 生物傳感器 大腸桿菌 亞砷酸鹽