近日，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)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(jié)合淀粉酶水解提取砷形態(tài)，實現(xiàn)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(biāo)板、α淀粉酶，以及生物傳感器細(xì)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(zhì)期、簡化操作步驟和縮短測試時間。用該試劑盒在12 h內(nèi)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(nèi)僅能測定40個樣品。

 

　　稻米是無機(jī)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(gòu)成巨大健康風(fēng)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(jīng)濟(jì)、準(zhǔn)確和高通量的稻米無機(jī)砷檢測方法。

 

　　該生物傳感器的傳感系統(tǒng)來源于天然細(xì)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(jìn)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(xì)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(zhuǎn)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(jié)合區(qū)ABS結(jié)合，阻止ars操縱子轉(zhuǎn)錄。然而，在As存在的情況下，As（III）與ArsR蛋白結(jié)合，誘導(dǎo)其構(gòu)象變化，從而降低ArsR蛋白對ABS的親和力，ars操縱子的表達(dá)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(xì)菌Arsenicibacter roseniiSM-1的ars操縱子）下游，并導(dǎo)入E. coliAW3110，mCherry基因的表達(dá)水平受ars操縱子的活性控制，與iAs濃度成正比，從而實現(xiàn)砷濃度信號到紅色熒光蛋白mCherry的轉(zhuǎn)換。該生物傳感器對砷表現(xiàn)出高度特異性，只響應(yīng)無機(jī)砷，不響應(yīng)有機(jī)砷，并通過調(diào)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(xiàn)出出色的重現(xiàn)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(yuǎn)遠(yuǎn)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(guān)研究成果在國際權(quán)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(biāo)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