近日，南京農業(yè)大學資源與環(huán)境科學學院汪鵬教授課題組開發(fā)了一種稻米iAs檢測新方法，利用天然微生物傳感器E. coliAW3110 （pBB-ArarsR-mCherry） 結合淀粉酶水解提取砷形態(tài)，實現稻米中iAs的高通量和定量檢測。本研究將該生物傳感器制成了操作便捷的試劑盒，包括酶標板、α淀粉酶，以及生物傳感器細菌凍干粉。生物傳感器被制成凍干粉可以提高該方法的使用范圍、延長保質期、簡化操作步驟和縮短測試時間。用該試劑盒在12 h內能檢測超過200個稻米樣品，而常規(guī)方法HPLC-ICP-MS在同樣的時間內僅能測定40個樣品。
稻米是無機砷（iAs）的主要膳食來源，iAs是一種劇毒砷，會在稻米中積累，對以稻米為食的人群構成巨大健康風險。然而，目前可用于稻米iAs檢測的方法比較少，迫切需要開發(fā)一種簡單、經濟、準確和高通量的稻米無機砷檢測方法。
該生物傳感器的傳感系統來源于天然細菌砷抗性操縱子。微生物自誕生以來就一直生活在含砷環(huán)境中，并進化出了砷抗性ars操縱子，參與不同的砷解毒途徑，比如ArsB為細胞As（III）外排蛋白，ArsC為As（V）還原酶，ArsM為As（III）S-腺苷甲硫氨酸甲基轉移酶，ArsK為MAs（III）外排蛋白，ArsH為MAs（III）氧化蛋白。在沒有As的情況下，ArsR蛋白與啟動子上游的DNA結合區(qū)ABS結合，阻止ars操縱子轉錄。然而，在As存在的情況下，As（III）與ArsR蛋白結合，誘導其構象變化，從而降低ArsR蛋白對ABS的親和力，ars操縱子的表達被激活。在本研究中，將mCherry基因連接到帶有啟動子的arsR基因（來源于對As（III）高靈敏的土壤細菌Arsenicibacter roseniiSM-1的ars操縱子）下游，并導入E. coliAW3110，mCherry基因的表達水平受ars操縱子的活性控制，與iAs濃度成正比，從而實現砷濃度信號到紅色熒光蛋白mCherry的轉換。該生物傳感器對砷表現出高度特異性，只響應無機砷，不響應有機砷，并通過調節(jié)檢測體系中PO43-濃度來區(qū)分亞砷酸鹽[As（III）]和砷酸鹽[As（V）]。
用該試劑盒測定了19個總砷濃度不同的稻米樣品的iAs濃度，表現出出色的重現性和高信噪比，檢測限低至16 μg kg-1[As（III）]和29 μg kg-1[As（V）]，這些值遠遠低于歐盟制定的嬰兒稻米的最大允許水平（100 μg kg-1）。這種簡單的生物傳感器試劑盒為檢測食品樣品中的iAs提供了一種很有前景的工具。
相關研究成果在國際權威期刊Analytical Chemistry上發(fā)表了題為Natural microbial reactor-based sensing platform for highly sensitive detection of inorganic arsenic in rice grains（2023）的論文，其中，博士生葛占標為論文第一作者，汪鵬教授為通訊作者，前沿交叉研究院陳明明副教授以及資環(huán)院黃科副教授、謝婉瀅副教授和趙方杰教授也參與該研究工作。該研究得到了國家重點研發(fā)計劃項目和江蘇省重點研發(fā)計劃項目的資助。
全文鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.analchem.3c01857
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