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科研进展

科研进展
我室学者利用改造后的大肠杆菌检测动物出血
发布人:发布时间:2021-06-29

 近日,华中农业大学农业微生物学国家重点实验室赵开弘团队在检测动物出血(如肠胃出血)方面取得新的进展。研究成果发表在国际学术期刊《ACS sensors》上,题为“Engineering Bacteria to Monitor the Bleeding of Animals Using Far-Red Fluorescence”

 现阶段检测动物出血(如胃炎肠炎等)的方法主要是肠镜,胃镜,胶囊内镜等,这些方法或是价格昂贵,或是会对患者的身体造成比较大的影响。而该研究通过改造大肠杆菌,使其能够响应血液中的血红素小分子,从而到达检测血液的目的。由于大肠杆菌能够在肠道内定制。因此,该研究提供了一种能够用于肠道出血的检测的新方法。

Fig. 1 大肠杆菌检测血液的原理

 由于大肠杆菌本身就能够合成血红素小分子,因此该研究的第一步通过敲除hemF基因,大大的降低了大肠杆菌体内血红素的合成。然而,由于大肠杆菌细胞壁的通透性,外部的血红素并不能够直接进入大肠杆菌体内。而通过在大肠杆菌体内表达ChuA蛋白(一种血红素转运蛋白),使得大肠杆菌能够将外部的血红素转运到大肠杆菌内部。转运进大肠杆菌内的血红素在血红素氧化酶(Ho1)的作用下氧化为胆绿素(BV)。而BV能够与远红光北斗荧光蛋白(BDFP1.6)结合,在红光激发下(~620nm),发射出远红光(~670nm)(Fig. 1)。且远红光相比于其它可见光,具有更好的组织穿透性。这更有利于检测深层组织的出血。

Fig. 2 大肠杆菌检测斑马鱼出血

 接下来,该研究团队以斑马鱼为模式生物,证明了该方法在检测动物出血方面的可行性。其主要通过向斑马鱼腹腔注射阿司匹林诱导斑马鱼出血,然后将表达了相关蛋白的大肠杆菌以同样的方式注射到斑马鱼体内。在实验组中可以看到明显的荧光,而对照组中则没有荧光。为了省去图片分析的冗余工作,该研究用预训练的卷积神经网络(VGG16)来提取图片特征,并完成分类,准确度可达90%以上(Fig. 2)。

 华中农业大学农业微生物国家重点实验室博士生谈自主为论文第一作者,华中农业大学农业微生物国家重点实验室赵开弘教授为本文通讯作者。该研究得到国家自然科学基金的资助。

通讯员:谈自主