转录因子CadC调控藻红胆素合成酶PebS的重组表达及对Cd2 响应(文献综述)
- 重金属污染及其监测方法
随着工农业的快速发展，越来越多有毒重金属随人类的社会经济活动进入了水体和土壤。由于毒性强、危害大，重金属污染已受到广泛关注。其中，镉是一种极难降解、对人体健康危害极大的重金属污染物，镉中毒会导致生殖障碍、肾功能衰退、骨痛病、骨质疏松以及呼吸系统疾病等，且长期、低剂量镉离子暴露会显著增加患癌的危险[1]。为对其危害进行控制和消除，必须进行重金属的浓度监测。
传统的重金属检测方法主要有基于分析仪器的电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)、电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)、原子吸收火焰光度计法(AAFS)和氢化物发生原子吸收光谱法(GHAAS)等。物理化学分析方法的优点是特异性强、灵敏度高，但样品的前处理较为复杂，操作耗时长，仪器昂贵。相对于传统的物理化学分析法，直接利用模式生命体本身对重金属进行检测更能实际反映重金属对生命体的毒害和其生物利用度。生物可利用度可以直接反映污染物对生物有机体的毒性及影响，它是环境风险评估的重要参考[2]。由于微生物在各种生境中广泛生存，具有群落大、生长快、成本低、易保藏的优点，因此，在现有的利用生命体对重金属进行检测的方法中，微生物监测系统方法被广泛研究和利用。其中，全细胞生物传感器在环境污染物监测领域中的应用最多[3]。
- 微生物全细胞传感器
生物传感器是指能识别物理或化学变化的生物感应装置。它通过偶联一个换能元件，产生一个可测信号，便能在极低的浓度下，快速、灵敏、准确地监测到存在于环境中的各种目标检测物。这些检测反应的原理都是基于监测系统和被检测物之间存在的专一性识别作用，如酶和底物、抗原和抗体、特定分子和受体等。 用一个活的、有功能的、稳定的微生物细胞作为监测系统，即是微生物细胞传感器。微生物细胞传感器最大的优点是作为单细胞传感器，它与检测物的接触可以具有最大面积，并能快速真实地反映出生物利用度和污染物对细胞的毒害[4]。
全细胞生物传感器是一种以细菌为指示生物，利用一种或多种感应和报告基因来产生出一种可识别并且可量化的产物的微生物传感器。它主要由感应元件和报告元件两个部分组成。感应元件能够调节基因或启动子，能够对检测的物质或其浓度的变化做出响应；报告元件能够将检测到的化学信号转换成可检测的报告蛋白信号，进而以报告蛋白的数量和活性作为细胞对靶目标物的感应指示[5]。报告基因的表达是由金属反应控制调节元素，它通常来源于对特定重金属有天然抵抗力的细菌。调控元件可以与报告基因结合通过基因融合，一经表达就可以产生响应于特定金属的可测量信号。报告基因的表达量和强度能够反映该传感器的灵敏度和检测阈值。
将相关的启动子元件和报告基因构建于质粒或染色体DNA上，并在宿主菌中进行表达，当环境中存在目标检测物时，与该检测物相关的启动子开启，继而报告基因进行表达。特定重金属存在时，报告元件的数量细胞内蛋白质增加，因此，通过测量由传感器细菌产生的报告蛋白，就能够检测出目标金属的浓度[6]。
- 胆色素蛋白及生物合成
结合四吡咯色素的光敏色素和藻胆蛋白可以称为四吡咯色素蛋白（这里称之为色素蛋白）。它们由脱辅基蛋白和辅基色素共价偶联而成。在水溶液中，色素采用的是一种类似卟啉的构象，能够强烈地吸收紫外光，主要通过非辐射的过程耗散吸收的能量。当四吡咯色素结合蛋白质时，构象得以扩展，显著增加可见光的吸收，并改变去激发的途径，产生荧光。
色素蛋白的生物合成起始于色素的合成，它们都源于在生物体中广泛存在的血红素，即在血红素氧化酶(HO)的作用下血红素转变成胆绿素BV。BV也可能紧接着又被各自可能依赖于铁氧化还原蛋白的色素还原酶(FDBRs)还原成藻胆色素。PCB利用氧化还原酶PcyA进行两步还原反应产生。PEB通过简单的PebS途径获得。在异源重组中，Phys和CBCRs不仅能自发结合同源色素，还能自发结合异源色素，有时色素化程度非常高，发射强烈的荧光。它们是利用荧光光敏色素发展荧光生物学标记物的良好材料[7]。
- 从胆色素蛋白发展生物传感器
荧光蛋白是当代荧光标记技术的重要工具，它应具备优良的光谱特性。基于线性四吡咯结构的胆色素荧光蛋白的发色团胆红素(BR)或胆绿素(BV)属于细胞内源性产物，所以它们在动物细胞内表达和成像时具有不依赖氧气、不产生过氧化氢、成熟周期短等优点，因此，这类荧光蛋白是近年来荧光标记技术大力发展的新方向。理想的报告蛋白应具有高敏感性、易检测、可定量的优点，并且它们不应出现在原始菌种中[8]。几种重要、普遍应用的发光报告基因包括Lux(细菌荧光素酶)， Luc(萤火虫荧光素酶) ，Gal(半乳糖苷酶)，它们都是通过催化外加底物而发光；另一种是不需外加任何底物就能自身直接发光，如水母绿色荧光蛋白(GFP)[9]。
从胆色素蛋白蛋白发展的荧光蛋白能在特定光照下发出荧光，这种荧光效应可用于一种跟踪活细胞的检测系统，可以作为荧光传感器的报告元件。早期的研究主要集中在绿色荧光蛋白(GFP)和GFP其衍生物的应用上。作为环境微生物的标记基因，GFP具有荧光特性稳定、检测方便等优点。此外，它对细胞没有毒性，能够进行单细胞和活细胞观察,也可以进行实时原位观测,不会破坏被观察的细胞及其生长环境，在土著微生物中不含有，因而检测时一般不会出现假阳性结果。GFP衍生物的发射波长限制在440-550nm范围内，与GFP衍生物相比，胆色素蛋白中的红色荧光蛋白具有更长的发射波长、更低的图像背景和在活细胞中更低的吸收。此外，某些胆色素蛋白可以自催化与PCB，PEB和BV结合，发射强烈的荧光，这些性质使胆色素蛋白成为优良的生物标志物和生物传感器的材料。
以上是毕业论文文献综述，课题毕业论文、任务书、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
