便携式发光细菌

在水样中加入微量青海弧菌液体，半小时内就能知道饮用水是否安全——著名发光细菌专家、华东师范大学生命科学学院教授朱文杰和他的团队凭借青海弧菌检测水质的专利技术，承担了保障2010年世博会饮用水安全的检测项目　　水是生命之源。即将到来的世博会上，如何保证展览现场的饮用水安全?著名发光细菌专家、华东师范大学生命科学学院教授朱文杰拿出了他的撒手锏——青海弧菌作为生物检测材料。“发光细菌是能自身发出蓝绿色可见光的细菌，青海弧菌这样的发光细菌，一旦接触到有毒物质，发光强度就会受到抑制，它们的发光强度和水样中毒物的浓度、大小相关。”只要在水样中加入微量青海弧菌液体，用便携式监测仪读取相关数据，饮用水是否安全，在半个小时内就能知道答案。　　朱文杰教授和他的团队凭借青海弧菌检测水质的专利技术，承担了保障2010年世博会饮用水安全检测项目和上海市科委“登山行动计划”世博科技专项课题。与发光细菌打了40多年交道的朱文杰对这些微小的细菌菌株再熟悉不过了。这些发光细菌，不但会在世博会的饮用水安全检测中担任重要角色，其实在上海的苏州河治理、主要污染源的监测，尤其是在“512”汶川地震灾区水质快速检测中，已经立下过汗马功劳。朱文杰在接受CBN专访时，介绍了这种发光细菌的神奇之处。　　众里寻“菌”千百度　　“水体里的发光细菌达到一定数量时，就会使这个水体发出绿荧荧的光。海洋中就会有这种现象发生，海水整个都变成绿色的发光体，闪现着绿荧荧的波浪，这就是所谓的‘海火’。当然，毕竟发光细菌所发光的亮度是很低的，因此只有在黑暗的环境中才能看到，在白天光线较亮的地方是看不到的。”关上灯，拉上厚实的窗帘，在生物实验室中，朱文杰小心翼翼地从培养箱里拿出了刚培养好的青海弧菌。在黑暗的背景中，锥形瓶里的液体发出了幽幽的蓝绿色荧光。为了寻找这种发光细菌，朱文杰在上世纪80年代走遍了全国各大湖泊。“太湖、鄱阳湖、洞庭湖、鬲湖、洪泽湖、巢湖，我们都走遍了，最后终于在青海省的青海湖里发现了青海弧菌。”在青海湖盛产的唯一一种没有鳞片的鱼——裸鲤身上，朱文杰找到了梦寐以求的淡水型发光细菌。　　“其实，海洋才是发光细菌的主要栖息地，绝大部分的发光细菌无论从数量还是种类来看，均是海洋性的，仅少数在淡水或陆地上生存。”目前已经命名的发光细菌共18种，其中霍乱弧菌和青海弧菌为淡水发光细菌。为什么朱文杰他们除了研究海洋发光细菌外，会将注意力集中于菌种稀少的淡水湖泊呢?“海洋发光细菌必须有一定浓度的钠离子存在，才能生长和发光，而淡水型发光细菌就没有这种要求。”上世纪80年代末，科学家发现，如果要用海洋发光细菌进行检测，为了满足海洋发光细菌的生理需要，必须在淡水样品中添加食盐达到3%。但如此高浓度的Na+或Cl-离子，会影响某些有毒物质的生物学毒性表现，因此根据细菌的发光情况来判断水质就会产生偏差。这是海洋发光细菌的一个“死穴”。而利用淡水型发光细菌检测，就可以轻而易举地避免这样的偏差。从另一方面来说，不少发光细菌本身就是致病菌。比如哈维氏弧菌可致虾生病死亡，Photorhabdus asymbiotica 能导致人类身体疾患，寄生于线虫体内的发光杆菌则会感染毛虫、蛾子、蝴蝶等鳞翅目昆虫，致它们于死地。朱文杰他们当时发现的青海弧菌，是罕见的淡水型发光细菌，也不是致病菌，因此是难得的水质检测好材料。　　培养发光细菌是一件比较麻烦、专业的事情，这个因素会阻碍发光细菌检测技术的普及和应用。于是上世纪90年代中期，朱文杰开始把青海弧菌由液态的保存方式转变为冻干粉的形式。“就像把面条做成方便面，开水一泡就能食用那样。”检测人员拿到冻干粉后，可以保存在-10℃以下的冰箱中，使用前只要加入复苏液，几分钟之后冻干粉中的青海弧菌就自动恢复了活力。“使用青海弧菌进行检测，要比使用进口发光细菌价格上便宜三分之二。”朱文杰说。　　发光细菌应用潜力无穷　　“如果有某一条河流受到污染，或者出现某种化学物质突然泄漏的事故，判断污染来源和污染物的主要成分，可以用物理—化学的监测方法很快得到结果，但要回答对流经区域周围的生物或居民的健康有什么影响，这些监测是无能为力的。”朱文杰介绍说，当下使用较多的检测污染物毒性的方法，是从医学毒理学引用过来的小鼠或是鱼类或是溞、藻类等的毒性试验，以受试生物的死亡数来判断毒性的大小，一般需几天时间才能有结果。“每条鱼、每只小鼠对毒物反应都不相同，为减小个体差异的影响，每次用大量的鱼或小鼠用于试验，这不仅造成检测工作量的增加，而且用成百上千的小鼠或鱼来用于一些普通样品的检测是不可能实施的，因为成本太高。”　　“而用发光细菌来检测环境污染毒性，不仅灵敏，而且成本低廉，在一刻钟到一小时内便可以有结论。其检测结果跟鱼类、小鼠毒性试验结果是吻合的。”朱文杰举了去年“512”汶川地震灾后水体检测的例子，“工作人员不但要检测当地河流的水质，很多农民也拿出自家的井水样本要求检测，如果用传统的检测方法，成本就是天文数字，时间也不允许。”而工作人员利用青海弧菌这样的发光细菌，在半小时内就知道了结果。上世纪90年代，有科学家提出利用发光细菌快速综合评价苏州河水质的方法，并得以实施。朱文杰回忆说：“苏州河治理是上海的一件大事。最近，浙江环保部门为了加强对蓝藻爆发的预警监测，也使用了我们研制的发光细菌急性毒性监测仪。”　　“发光细菌在应用方面还有很大的潜力。”朱文杰说，“现在，科学家对发光细菌利用技术的开发依旧如火如荼，比如食品卫生的快速检测、化学合成物及其降解物的毒性检测、分析有机合成化合物分子结构中不同取代基对毒性的影响等等，也有科学家在基因克隆的实验用细菌发光基因作为报告基因。”现今，朱文杰仍然继续着他每日的科研和教学工作，“希望有关方面能够多采用我们国家研究人员自己研发的发光细菌检测技术和仪器。”

型号推荐：水质综合毒性测定仪-一款便携式发光菌毒性检测仪器2024实时更新，水质综合毒性测定仪，作为现代水质监测技术的重要组成部分，以其独特的检测方式和广泛的应用领域，为水质分析提供了强有力的支持。本文将从四个方面阐述其对水质分析的帮助。 一、快速准确检测多种污染物 水质综合毒性测定仪能够快速、准确地检测水样中的多种污染物，包括重金属、有机污染物等。通过发光细菌法的应用，该仪器能够实时反映水样中的毒性水平，为水质分析提供及时、可靠的数据支持。 二、评估水质对水生生物的影响 除了检测污染物外，水质综合毒性测定仪还能评估水质对水生生物的影响。通过模拟水生生物在自然环境中的反应，该仪器能够预测水质变化对水生生物种群结构和生态平衡的影响，为水质管理和生态保护提供科学依据。 三、辅助决策与预警 水质综合毒性测定仪的检测结果能够为管理部门提供决策支持。当水质出现异常时，该仪器能够迅速发出预警信号，提醒相关部门及时采取措施，防止水质进一步恶化。同时，通过长期监测和数据分析，该仪器还能为水质改善方案的制定提供重要参考。 四、促进水资源可持续利用 水质综合毒性测定仪的应用有助于实现水资源的可持续利用。通过科学评估水质状况，该仪器能够指导水资源的合理开发和利用，减少污染排放，保护水资源生态环境。同时，它还能为公众提供水质信息，提高公众对水资源保护的意识。 五、仪器特点 1、符合国家标准（GB/T154411995）及国际标准（ISO11348-3）； 2、对超过近3000种以上毒性化合物敏感的生物早期预警系统； 3、样品制备后15分钟内得到结果，快速、可靠、可再现； 4、检测结果和其他传统毒性分析方法高度相关，可应用于应急水体污染检测，帮助用户实时监控排水是否符合当地法规和排放标准； 5、Android智能操作系统，更智能，更具人性化； 6、具有自主研发的生物毒性暗室自动升降检测装置，解决行业内开盖测试受强光影响的难题；同样的菌量，用我们仪器可以节省5倍的耗材成本； 7、便携性PVC工程箱设计，可外出携带现场检测； 8、7英寸超大显示触控屏幕，省去按键繁琐操作，更方便； 9、使用硅光电倍增管，大幅提升检测灵敏度； 10、具有RJ45、WIFI、4G和蓝牙连接传输功能，可实现无线传输至相关监控、监管平台，实现数据的实时性，更符合监管部门的场景需求； 11、仪器内置6000mAH锂电池组，在外部断电或无供电情况下，可支撑连续工作8个小时以上； 12、一条曲线可做20个曲线浓度点，可随意选择曲线点是否参与整条曲线计算，无需手动记录，保证曲线值更精准；（曲线浓度点可定制增加） 综上所述，水质综合毒性测定仪在水质分析中发挥着重要作用。它不仅能够快速准确检测多种污染物，评估水质对水生生物的影响，还能为管理部门提供决策支持和预警服务，促进水资源的可持续利用。随着技术的不断进步和应用领域的不断拓展，相信水质综合毒性测定仪将在未来发挥更加重要的作用。

夏季的夜晚，走到山间草丛，可以看到一种昆虫提着一盏灯在飞行，这就是萤火虫在发光。萤火虫体内的荧光素酶催化底物荧光素，发生化学反应，产生光子。这也是大家比较熟悉的，在动物活体生物发光成像当中运用到的反应原理。通过利用该原理，配合上转基因技术及动物活体成像系统，我们可以非侵入性和纵向研究小动物的基因表达、蛋白质-蛋白质相互作用、肿瘤学机制和抗肿瘤药物药效及动力学和疾病机制等；相比于传统研究手段，这种方法通过在动物整体水平上进行研究，能提供更多有用的信息，同时大幅减少实验研究所需的动物数量和降低个体间的差异。萤火虫荧光素酶反应的示意图(a)、荧光素酶以报告基因的形式进入细胞核，并翻译成功能性酶。该酶将底物荧光素、氧(O2)和三磷酸腺苷(ATP)转化为氧荧光素、二氧化碳(CO2)和二磷酸腺苷(ADP)，同时发光。(b)、萤火虫底物D-荧光素及其产物氧合荧光素的化学结构。 那么问题来了，自然界会发光的生物除了有萤火虫，还有鱼类、藻类、植物和细菌等，这些生物的发光原理是否也和萤火虫一样呢？这些发光原理能否运用到动物活体成像研究中呢？今天，小编就为大家介绍另外一种生物发光原理—细菌发光及其在动物活体成像中的应用。细菌荧光素酶对于细菌的生物发光现象，早在1875年就被发现了，研究人员Boyle首先揭示了细菌发光对氧气的依赖。而随着研究的深入，研究人员发现细菌发光涉及到的酶有荧光素酶、脂肪酸还原酶和黄素还原酶，以及底物还原性黄素单核苷酸和长链脂肪醛。在发光细菌中发现的一种操纵子，基因顺序为luxCDABEG，其中luxA和luxB基因分别编码细菌荧光素酶α和β亚基，luxC、luxD和luxE基因分别编码合成和回收荧光素酶醛底物的脂肪酸还原酶复合物的r、s和t多肽，luxG编码黄素还原酶。到目前为止所知的所有发光细菌，都是基于细菌荧光素酶介导的酶反应来产生光。这是一种大约80kDa的异二聚体蛋白，与长链烷烃单加氧酶具有同源性。该酶通过以下反应介导O2氧化还原的黄素单核苷酸(FMNH2)和长链脂肪族(脂肪)醛(RCHO)，以产生蓝绿光。细菌荧光素酶介导的酶反应1细菌发光明场图2细菌发光发光图细菌发光反应过程在发光反应中，FMNH2与酶结合，然后与O2相互作用，形成黄素-4A-过氧化氢。这种复合物与醛结合形成一种高度稳定的中间体，其缓慢的衰变导致FMNH2和醛底物的氧化和发光，反应的量子产率估计为0.1-0.2个光子。该反应对FMNH2具有高度特异性，体内的醛底物可能是十四醛。FMNH2是由NADH：FMN氧化还原酶(黄素还原酶)提供，该酶从细胞代谢(如糖酵解和柠檬酸循环)中产生的NADH中提取还原剂，还原剂通过自由扩散从FMNH2向荧光素酶的转移。长链醛的合成是由脂肪酸还原酶复合物催化。与细菌荧光素酶一样，底物FMNH2和长链脂肪醛也是细菌发光反应的特异性底物；真核生物生物发光使用不同的化学物质和荧光素酶，它们在蛋白质或基因序列水平上与细菌荧光素酶不同。细菌中的荧光素酶反应过程细菌发光原理在动物活体成像中的应用目前，细菌发光原理在动物活体成像研究中的应用有：传染病研究、菌种抗药性测试及细菌介导的肿瘤治疗等。通过将luxCDABE操纵子稳定地整合到不同的细菌基因结构中，不需要任何其他外源底物(除了氧)来产生生物发光，再通过一套超灵敏的动物活体成像系统(AniView 100)，为监测细菌物种感染负担、致病机理研究和肿瘤药物靶向治疗等提供了一种快速便捷的研究检测方法。AniView 100检测减毒鼠伤寒沙门氏菌体内靶向性肿瘤情况(箭头指向为肿瘤)应用说明如以细菌介导的肿瘤治疗为例，传统的癌症治疗方法是手术切除，治疗转移性癌症还需要与其他疗法(如放疗或化疗)相结合。这些疗法存在局限性，如放疗的疗效主要取决于组织氧水平，肿瘤内坏死区和缺氧区低氧浓度是治疗失败的常见原因；而化疗的疗效主要取决于药物的分布，肿瘤内坏死区和缺氧区的血管不规则会影响药物的输送，限制药物的疗效。与传统方法相比，使用细菌进行癌症治疗有以下优势：首先，细菌会在肿瘤中选择性积累，肿瘤中的细菌聚集量大约是正常器官的1000倍，肿瘤特有的坏死区和缺氧区一般不会在大多数器官中形成。其次，细菌的增殖能力使得它们可以进行持续治疗；最后，许多细菌的全基因组测序已经完成，能够通过基因组操作提高它们在人类使用中的安全性，并增强其杀瘤效果。目前，细菌介导的肿瘤治疗广泛应用于DNA或siRNA的传递、运送经工程改造的毒素或前药物和触发机体免疫反应，进而达到抑制或杀灭肿瘤细胞、起到抗击肿瘤的作用。应用案例 静脉注射3天后，表达lux的鼠伤寒沙门氏菌在各种肿瘤中积聚。CT26：小鼠结肠癌，4T1：小鼠乳腺癌，MC38：小鼠结直肠腺癌，TC-1：小鼠肺癌,Hep3B：人肝细胞癌，ARO：人甲状腺癌，ASPC1：人胰腺癌应用案例 携带受L-阿拉伯糖诱导启动子pBAD表达系统控制的细胞毒蛋白(溶细胞素A)、表达lux报告基因的减毒鼠伤寒沙门氏菌，用于肿瘤治疗。总结利用生物发光原理进行动物活体成像，目前主要有两种方式。一种是使用萤火虫荧光素酶，最适合在哺乳动物细胞中表达；另外一种是细菌荧光素酶，广泛应用于原核生物。细菌Lux操纵子由于编码生物发光所需的所有蛋白质，包括荧光素酶、底物和底物生成酶，不需要外源底物，成像更加的方便，不需要像萤火虫荧光素酶一样，考虑ATP的可用性、底物分子的渗透、药代动力学和生物分布等对成像的影响。但是，细菌荧光素酶的发射波长较短(490nm)，组织吸收较大，这会影响成像数据的量化；而且，对于某些真核微生物(包括真菌和寄生虫)和真核细胞，仍然需要使用萤火虫荧光素酶标记，原因在于lux报告基因没有得到足够的优化，还不能在真核细胞中稳定表达。不过由于细菌荧光素酶和萤火虫荧光素酶的发射波长不同，从而可以进行多光谱成像，用于同时定量评估小动物的不同生物过程，进一步扩展生物发光原理在动物活体成像中的应用。TipsAniView 100多模式动物活体成像系统 AniView 100多模式动物活体成像系统作为广州博鹭腾生物科技有限公司推出的高灵敏度动物活体成像系统，其采用全密闭抗干扰暗箱，避免外界光源及宇宙射线对拍照影响的同时，配合零缺陷、科研级高灵敏背部薄化、背部感应型冷CCD相机，极大地提高成像的灵敏度。AniView 100可以检测到100个luciferase标记细胞，对于动物活体细菌荧光素酶的生物发光信号，无论是在皮下或器官，均可以轻易检测到。快来关注我们，申请免费试用！参考文献1、Hastings JW. Cell Physiology Source book 2012.2、Nguyen V H et al. Cancer Research, 2010, 70(1):18-23.3、 Nguyen V H et al. Nuclear Medicine & Molecular Imaging, 2016.4、 Dunlap P . ADVANCES IN BIOCHEMICAL ENGINEERING BIOTECHNOLOGY, 2014.5、Keyaerts Marleen et al. Trends in molecular medicine,2012,18(3).6、 Nathan K. Archer et al. Springer International Publishing, 2017.7、Doyle T C et al. Cellular Microbiology, 2004, 6(4):303-317.8、Avci P et al. Virulence.