工程大肠杆菌作为电化学免疫分析的控释生物载体

具有货物装载和控释能力的微/纳米载体已被广泛开发用于生物医学应用，包括生物成像、疾病诊断和药物输送。特别是，使用多功能载体进行分子识别和信号放大在高性能生物传感器的构建中特别有意义。一般来说，多孔纳米材料，如介孔二氧化硅纳米颗粒、碳材料、金属有机框架（MOFs）和共价有机框架等与抗体和信号标签复合的材料已被用作分析工具，但仍有几个挑战有待解决。首先，这些纳米载体的合成过程复杂，通常涉及恶劣的反应条件和有毒化学物质。例如，作为一种被广泛接受的有效载荷载体，二氧化硅纳米颗粒可能需要量身定制的孔径来匹配客体分子，这是棘手和费力的。虽然MOFs（如ZIF-8）的合成相对简单，但由于热液稳定性差，仍存在结构坍塌的问题。其次，为了防止货物泄漏并启动接下来的货物释放，刺激响应的控制者（如DNA、抗体、聚合物）在载体上实施，其结合耗时且需要繁琐的纯化步骤。因此，目前正致力于以更便捷、更高效的方式建造先进的功能航母。

最近，病毒、藻类和细菌等微生物因其易获取、生态友好、自然均匀的形态和可工程设计的能力，作为诊断和治疗应用的替代生物载体而蓬勃发展。例如，酵母与金纳米颗粒偶联为微球已用于检测病毒感染。基于M13病毒的共组装框架可用于荧光增强生物成像。利用量子点原位生物合成技术，可以将金黄色葡萄球菌转化为用于病原体检测的细胞信标，其中抗体可以通过蛋白A和Fc区域之间的特异性相互作用方便地偶联到细胞表面。然而，尽管在微生物介导的生物检测方面取得了进展，但制造高质量的生物实体来执行分子识别、信号生成和扩增等多项任务并提高性能仍然具有挑战性。同时，虽然细菌很容易被彩色染料染色以进行菌株分化，但由于染料从细菌细胞中快速泄漏，因此很少将载染细菌作为生物载体用于构建传感平台。

在这项工作中证明了工程大肠杆菌（Ec）可以作为一种新型电化学免疫分析的控释生物载体。同时，选择人类表皮生长因子受体2（HER2）作为检测靶点，HER2是乳腺癌治疗和预后的可靠蛋白质生物标志物。为此将不同的染料应用于彩色单分散的Ec，并发现可以负载大量带正电荷的氧化还原活性亚甲基蓝，这适用于电化学免疫传感。为了解决染料泄漏的问题，在细菌表面沉积了聚多巴胺壳，不仅避免了染料不受控制的释放，而且为检测抗体（Ab2）修饰建立了支撑支架。然后，制备了一种基于Ab2修饰的Ec（Ec^HER2）的电化学免疫传感器，并以高灵敏度和高可靠性应用于HER2的检测。这项工作将有前景地促进和扩大基于微生物的生物载体在分析和生物传感应用中的应用。

参考文献：Yujing Zeng, Zheying Mu, Beibei Nie, Xinyu Qu, Yuanyuan Zhang, Chao Li, Lizhou Sun, and Genxi Li. Engineered Escherichia coli as a Controlled-Release Biocarrier for Electrochemical Immunoassay. (2023) DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c00184