2019年CAIA獎二等獎獲獎項目成果簡介：微生物表面展示生物識別元件及其生物傳感分析
完成單位：青島大學 生命科學學院
完成人：劉愛驊、梁波、祁環
成果簡介：
生物傳感器是由固定化的生物敏感識別元件、適當的理化換能器及信號放大裝置構成，是分析體系生物化學信息獲取的重要工具。如何獲得穩定、廉價、特異、靈敏的分子識別元件并實現其在載體表面的持久、高效固定并保持其活性狀態成為生物傳感器研發的關鍵科學問題之一。
微生物表面展示技術是利用基因工程手段，將靶蛋白序列與特定錨定蛋白序列相連，導入微生物宿主細胞，最終實現外源蛋白或多肽序列在微生物表面隨機或定位表達。 這些被展示的蛋白或多肽往往具有特定的空間結構，并保持著一定的生物活性。近年來，我們對細菌表面展示生物識別元件及其生物傳感應用展開了系統的研究。 利用源于冰核蛋白N端結構域作為錨定單元，成功構建了木糖脫氫酶、葡萄糖脫氫酶、甲酸脫氫酶、谷氨酸脫氫酶細菌表面展示體系，進一步制備傳感器，實現了木糖、葡萄糖、甲酸、谷氨酸的靈敏、選擇性檢測。針對目前酶基生物燃料電池存在穩定性差、輸出功率密度低等難題，提出了以細菌表面展示的脫氫酶為催化劑構筑了系列生物燃料電池，電池的能量密度和穩定性明顯改善。相關成果發表在Chemical Reviews, Analytical Chemistry, Biosensors & Bioelectronics, Bioresource Technology等國際SCI期刊上。 授權中國發明專利6項；受邀撰寫英文合著章節1部，已在美國出版。
創新點及科學價值：
（1）該成果開創性地發展了脫氫酶展示的全細胞分子元件制備技術，實現了酶蛋白空間位置和催化動力學的可控，通過固定細胞而不是酶, 解決目前制約固定化酶分子元件的瓶頸。
（2）為生物傳感器、酶基生物燃料電池提供了有特色的生物元件。
社會經濟效益：
（1）本成果儀器化后，可望產生顯著的經濟效益。
（2）對提升我國生物質加工技術水平，提高國際競爭力，具有重要的意義。
應用前景：
基于細胞表面展示酶分子元件構筑的傳感器可望用于生物質原料預處理、生物能源、發酵等生物轉化過程中木糖、葡萄糖的快速檢測和甲酸等發酵抑制物的檢測、控制。
