近日 ， 漢王科技智能感知實(shí)驗(yàn)室 在國際期刊Sensing and Bio-Sensing Research上發(fā)表題為

Engineering an olfactory biosensor for preferential monitoring medium-chain fatty acids in wastewater

該研究基于人類嗅覺受體OR51L1，通過蛋白質(zhì)工程改造構(gòu)建了一種高靈敏、高選擇性的仿生嗅覺傳感器，成功實(shí)現(xiàn)了對廢水中中鏈脂肪酸（ 戊酸、 己酸、庚酸）的實(shí)時、快速監(jiān)測。中鏈脂肪酸，是廢水中一類具有“雙重身份”的化合物：它們既是引發(fā)惡臭的環(huán)境污染物，也是合成生物燃料與高附加值化學(xué)品的關(guān)鍵前體。實(shí)時、精準(zhǔn)監(jiān)測這類物質(zhì)，不僅關(guān)乎水質(zhì)安全與污染控制，也直接影響廢水資源化回收的效益。傳統(tǒng)檢測方法如GC-MS、HPLC雖精準(zhǔn)但操作復(fù)雜、成本高，難以滿足現(xiàn)場快速監(jiān)測需求。本研究利用嗅覺受體天然的高選擇性與可工程化特性，結(jié)合結(jié)構(gòu)導(dǎo)向的突變設(shè)計(jì)，顯著提升了受體對中鏈脂肪酸的響應(yīng)性能，為廢水質(zhì)量監(jiān)測與資源回收提供了全新的生物傳感解決方案。

研究 亮點(diǎn)

• 基于人類嗅覺受體OR51L1開發(fā)出仿生嗅覺傳感器

• 通過單點(diǎn)突變T161A顯著提升對C5–C7中鏈脂肪酸的響應(yīng)效能

• 傳感器在模擬廢水中表現(xiàn)出 低檢出限、寬動態(tài)范圍 、強(qiáng)抗干擾性與良好重現(xiàn)性

• 分子對接與動力學(xué)模擬揭示了突變增強(qiáng)結(jié)合能力的結(jié)構(gòu)機(jī)制

• 為環(huán)境中痕量污染物監(jiān)測提供了一種 便捷 、 高效、 低成本、實(shí)時的新型檢測平臺

研究結(jié)論

1. 嗅覺受體OR51L1對中鏈脂肪酸具有天然響應(yīng)偏好 ：實(shí)驗(yàn)表明，野生型OR51L1對戊酸（C5）和己酸（C6）具有顯著激活效應(yīng)，而對更短或更長鏈脂肪酸 幾乎不響應(yīng) ，這為其作為中鏈脂肪酸 特異 傳感器 的研發(fā) 奠定了基礎(chǔ)。

2. 工程化突變T161A擴(kuò)展檢測范圍 并顯著提升響應(yīng)效能 ：通過結(jié)構(gòu)引導(dǎo)的定點(diǎn)突變，獲得OR51L1 (T161A) 突變體，其不僅增強(qiáng)了對C5–C6的響應(yīng)，還獲得了對庚酸（C7）的檢測能力，實(shí)現(xiàn)了對C5–C7中鏈脂肪酸的全面覆蓋。

3. 傳感器在實(shí)際廢水環(huán)境中表現(xiàn)穩(wěn)定可靠 ：在模擬廢水體系中，該傳感器對己酸的檢測限低至25 μM，在50 μM–3 mM范圍內(nèi)響應(yīng)穩(wěn)定，且對常見干擾物（如其他脂肪酸、金屬離子、表面活性劑）表現(xiàn)出強(qiáng)抗干擾能力，重復(fù)測試變異系數(shù)低于6%。

4. 結(jié)構(gòu)模擬揭示突變增強(qiáng)機(jī)制 ：分子動力學(xué)模擬與結(jié)合自由能計(jì)算表明，T161A突變通過優(yōu)化結(jié)合口袋的疏水環(huán)境、減少空間位阻，增強(qiáng)了受體與中鏈脂肪酸的相互作用，從而提升了傳感性能。

圖文摘要

該研究不僅開發(fā)出一款適用于廢水監(jiān)測的新型仿生傳感器，更展示了一種基于嗅覺受體的生物傳感平臺構(gòu)建策略。未來，通過集成多種工程化受體，可構(gòu)建傳感器陣列，實(shí)現(xiàn)更廣譜污染物的同步監(jiān)測，推動環(huán)境監(jiān)測向智能化、便攜化、實(shí)時化方向發(fā)展。

https://doi.org/10.1016/j.sbsr.2025.100943

制版人：十一

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