近日，上海交大微生物代謝國家重點實驗室鄧子新團隊康前進研究小組在國際權威期刊《Biosensors and Bioelectronics》在線發表題為“Streptomyces-based whole-cell biosensors for detecting diverse cell envelope-targeting antibiotics”的研究論文，開發了可定向挖掘靶向細胞被膜抗生素的鏈黴菌全細胞生物傳感器🧘🏼。EON体育4博士研究生王珩瑜和盛勇為論文共同第一作者，康前進副研究員和丁偉特別研究員為共同通訊作者👪。

目前細菌耐藥性問題日益嚴峻🤩🦸🏼‍♂️，同時面臨新藥開發周期長、重復發現𓀁、效率低等困境，因而微生物新穎活性天然產物高效篩選方法的開發受到極大關註。細菌全細胞生物傳感器能夠利用細胞內的特異性識別元件感知特定生物分子，具有低成本♋️、易操作、高靈敏度和強特異性等特點，因此適用於微生物活性天然產物的高效篩選。

該工作首先采用比較轉錄組學策略，系統分析了天藍色鏈黴菌M1146在四種不同類型的細胞被膜靶向抗生素（桿菌肽、黃黴素、萬古黴素和多粘菌素E）刺激下的轉錄反應🫳，將篩選到的可特異性感知糖肽類抗生素（細胞被膜靶向抗生素中最具代表性的一類）的VanS/R雙組分系統作為出發點，以M1146為底盤菌株，通過一系列遺傳改造將菌株的生長狀態與糖肽類抗生素的存在相互偶聯🚴🏼，構建了糖肽類抗生素依賴型全細胞生物傳感器WHY01。

隨後，將受VanS/R雙組分系統調控的誘導性啟動子P_vanHAX作為生物傳感器的感應模塊，發光桿菌的luxCDABE基因作為報告模塊🚶，成功構建了可生物發光的糖肽類抗生素全細胞生物傳感器WHY03，並系統性評估和表征了傳感性能，證實了其在高效篩選與鑒定糖肽類抗生素產生菌方面的可靠性、準確性和高效性💻。通過組合使用WHY01和WHY03，可深入探究糖肽類抗生素生物合成基因簇的合成潛力🥡，實現生物合成基因簇異源表達（WHY01）和原位表達（WHY03）的篩選和優化🦚，從而加快糖肽類抗生素的挖掘速度。

為進一步拓寬生物傳感器的檢測範圍🚵🏻‍♂️，實現由點（糖肽類抗生素）到面（細胞被膜靶向抗生素）的擴展。該工作將比較轉錄組學與啟動子定向篩選相結合🦹‍♂️，開發了可定向檢測包含糖肽類在內的各類細胞被膜靶向抗生素的全細胞生物傳感器WHY04（圖1）🗳🏊🏿‍♂️。研究人員對WHY04的傳感性能進行了數學建模及大量性能測試實驗表征，結果表明其背景響應低📸🫶🏿，且抗生素的檢測濃度達到μg/mL級別。

圖1. 研究技術路線圖

該工作以微生物藥物合成生物學研究思路為指導，構建了可特異性檢測各類靶向細胞被膜抗生素的全細胞生物傳感器👩🏽‍⚕️，能夠高通量檢測β-內酰胺類抗生素（如頭孢菌素、氨苄青黴素）、糖肽類抗生素（如萬古黴素、替考拉寧）和脂肽類抗生素（如多粘菌素B、多粘菌素E）等抗生素，動態響應範圍最高可達887倍👫🏻、檢測時間僅需2小時，且具有明確的劑量-效應關系、無需添加額外化學反應試劑、無需對發酵樣品進行預處理、背景響應低等優勢。該生物傳感器不僅在微生物藥物篩選中具有較好應用🚵🏽‍♂️，也為檢測體液或高度汙染等環境樣本中的抗生素殘留提供了潛在的工具。