山东大学荀鲁盈/夏永振教授团队在超硫化物检测领域取得重要进展

近日，山东大学微生物改造技术全国重点实验室荀鲁盈/夏永振教授团队在生物传感领域知名期刊Biosensors and Bioelectronics发表了题为Development and application of a highly specific whole-cell biosensor for supersulfide detection in environmental samples的研究论文。课题组研究生刘帆和王敏为共同第一作者，荀鲁盈教授和夏永振教授为共同通讯作者，山东大学微生物改造技术全国重点实验室为第一完成单位。

超硫化物（如单质硫、无机多硫化物H₂Sₙ、有机多硫化物RSSₙH等）在生物系统、环境硫循环以及锂硫电池中扮演着关键角色。然而，由于其高反应活性和结构复杂性，复杂环境样品中超硫化物的准确定量分析一直面临较大挑战。

该研究首次开发了一种基于根癌农杆菌超硫化物感应阻遏蛋白AtBigR的全细胞生物传感器（AtBigR-WCB），用于超硫化物的特异性检测（图1）。这一新型生物传感器系统对超硫化物表现出卓越的特异性，对H₂S、硫代硫酸盐和谷胱甘肽等物质的响应可忽略不计。通过对AtBigR-WCB进行系统性优化，研究团队构建了一个背景泄漏极低、灵敏度高的生物传感器，能够在微摩尔水平检测超硫化物。

图1. 基于AtBigR的全细胞超硫化物生物传感器工作机制示意图

在抑制状态下（上图），AtBigR蛋白处于还原态并结合于启动子区域，阻断下游荧光报告基因（mkate）的表达。遇到超硫化物（如S₈、多硫化氢HSₙH、有机多硫化物GSₙH等，n≥2）后，AtBigR发生氧化修饰，DNA结合能力降低，从而解除对报告基因的抑制，使细胞产生可检测的红色荧光信号。

研究团队成功将AtBigR-WCB应用于多种深海沉积物以及锂硫电池电解液中的超硫化物含量定量分析。应用结果表明，在多种海洋环境深部沉积物中均检测到广泛的超硫化物积累（图2）。此外，研究还发现优化后的AtBigR调控系统本身可作为一种新型、低泄漏的基因调控元件，为合成生物学提供了一种具有潜在应用价值的新型基因调控系统。

图2. （A)利用AtBigR-WCB定量分析中国沿海不同地点海洋沉积物中的超硫化物。（B）中国沿海沉积物采样位置地图。通过AtBigR-WCB在以下沉积物中测定了超硫化物含量的垂直分布：东海。（C）厦门附近红树林。（D）鳌山湾滩涂。（E）黄河口潮间带。（F）南海冷泉。（G&H) 南海冷泉间隙水中的硫代硫酸盐和硫酸盐含量。

该成果为环境监测、能源材料开发及合成生物学领域相关研究提供了创新性技术平台。研究工作得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金及实验室联合项目等资助，山东大学生命环境研究公共技术平台给予了大力支持。