文献综述
重金属镉的污染危害
镉离子(Cd2 )是一种在环境中广泛存在的，具有积累性的，高毒性。世界卫生组织将镉列为重点研究的食品污染物；国际癌症研究机构(IARC)将镉归类为人类致癌物，会对人类造成严重的健康损害；美国毒物和疾病登记署(ATSDR)将镉列为第7位危害人体健康的物质。它会造成人体急性中毒和亚急性中毒如恶心、流涎、呕吐、腹痛、腹泻，继而引起中枢神经中毒症状。严重者可因虚脱而死亡；长期接触会造成慢性中毒，如日本的痛痛病事件。所以对环境中的Cd2 检测尤为重要。
- 重金属镉的检测方法
传统的重金属检测方法主要有原子吸收法、阳极溶出伏安法、电感耦合等离子体发射光谱法、流动注射原子吸收法和等离子体质谱法等。这些方法灵敏度高、特异性强，但样品前处理复杂、操作耗时、仪器昂贵且需要专业人员操作[1]。为了寻找对重金属更便捷、更快速、更准确的检测方法，来人们在传统仪器检测方法的基础上发展了几种生物传感器检测方法：比色法、荧光法、电化学法、纸基法、光学法[2]。
- 全细胞微生物传感器检测重金属离子
微生物全细胞传感器是指能产生信号响应特定目标底物的工程菌,能在极低浓度下，快速、灵敏、准确监测存在于生物流体、水、空气、土壤以及其他环境中的各种检测物[3]。它可以检测生物可利用性Cd2 的浓度，而可利用性Cd2 又能直接反应Cd2 对生物有机体的毒性和影响。
微生物全细胞传感器结构上主要由能识别特异性底物的感应模块和表征底物对细胞响应的报告模块所组成。感应重金属的调控蛋白主要有属于MerR家族的MerR、CueR、ZntR和PbrR等，以及属于ArsR/SmtB家族的CadC、CzrR 和 NmtR 等;报告模块的响应信号有产生颜色，生物发光和荧光发射等[4]。
原理是当重金属离子进入到胞内后，重组质粒或宿主染色体DNA 编码的转录调控蛋白被重金属离子特异激活，与启动子绑定或从启动子上脱落，激活或抑制启动子的启动，进而调控下游报告基因表达，产生可检测的信号。这种信号的变化强度与重金属诱导物的浓度密切相关，转录调控蛋白对重金属离子的识别能力和绑定能力决定着微生物全细胞传感器的检测特异性和灵敏度[5]。
- 镉微生物传感器的灵敏度
往往在实际使用微生物传感器进行实地检测时，它特异性和灵敏度都会收到各种环境的干扰，所以提高它的灵敏度和特异性是需要解决的一个问题。
提高微生物传感器的灵敏度和特异性可以在以下几个方面进行考虑：
提高重金属在细胞内的积累量：由于大多数传感器是对微生物可利用的即胞内的重金属进行检测，提高重金属在细胞内的积累量，可在同样的检测浓度下提高调控蛋白对重金属的识别数量[6]。
进行重金属调控蛋白的分子生物学水平改造：影响微生物传感器检测特异性的主要取决于转录调节蛋白是否单一性地与待测重金属结合，与启动子序列关系不大[7]。所以对调控蛋白进行分子生物水平的改造是提高特异性和灵敏度的最直接有效的方法之一。
优化检验过程：合理的实验设计可以保障检测数据的准确性，从传感器细胞的构建到实际样品的检测，影响微生物全细胞传感器检测结果的因素众多，这些因素包括: 宿主细胞种类、宿主细胞的状态、报告基因类别、培养基组成、无机离子配体含量、pH、诱导时间、诱导温度、样品基质等[8]，优化检测条件，尽可能消除这些因素对检测结果的影响，提高检测的准确性，也是提高灵敏度的一个方法。
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