Aqueous sol--gel encapsulation of genetically engineered Moraxella spp. cells for the detection of organophosphates
- 作者
- Diana Yu, Joanne Volponi, Swapnil Chhabra, C. Jeffrey Brinker, Ashok Mulchandani, Anup K. Singh
- 单位
- Sandia National Laboratories, Livermore, CA 94550, USA; Sandia National Laboratories, Albuquerque, NM 87185, USA; Department of Chemical and Environmental Engineering, University of California, Riverside, CA 92521, USA
- 杂志
- Biosensors and Bioelectronics（2004）
- DOI
- 10.1016/j.bios.2004.04.022
- 所属领域
- 生物传感器
- 关键词
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解决的核心问题
开发用于有机磷检测的生物传感器，需要将基因工程改造的Moraxella spp.细胞包封在硅胶基质中，同时保持细胞活性和表面展示的有机磷水解酶（OPH）的酶活性。
研究策略
采用全水相亲水性溶胶-凝胶法（以硅酸钠为前体）在室温和中性pH下将细胞包封在多孔硅酸盐基质中，并与传统TMOS醇盐法对比，考察酶动力学参数、pH行为及长期储存稳定性。
核心内容
本研究采用全水相亲水性溶胶-凝胶法，以硅酸钠为前体，在室温和中性pH条件下将表面展示有机磷水解酶的基因工程Moraxella spp.细胞包封于多孔硅酸盐基质中，用于有机磷生物传感器的构建。与传统TMOS醇盐法相比，该策略避免了醇类副产物对细胞的毒害，且无需酶纯化步骤。结果显示，包埋后OPH最大活性约为游离细胞的55.5%，Vmax从2221降至1232 AU/min/OD600，Km从0.16 mM增至0.58 mM，表明底物亲和力有所下降。然而，包埋细胞在64天储存后仍保留约95%活性，而游离细胞活性下降约30%，同时pH-活性曲线向高pH方向偏移。相比之下，TMOS封装细胞活性更低且偏离米氏动力学。研究表明，全水相溶胶-凝胶封装能有效维持细胞膜完整性和酶活性，显著提升储存稳定性，为有机磷生物传感器提供了可行的固定化平台。
创新点
使用全水相溶胶-凝胶封装避免传统醇盐路线产生醇类对细胞的损害；利用表面展示OPH的基因工程Moraxella细胞，无需酶纯化步骤。
研究对象（2）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Moraxella spp. | 有机磷水解 | oph | 有机磷水解酶（OPH） | 催化 | 重组表面展示，水解对氧磷 |
| Moraxella spp. | 细胞表面展示 | inpnc | 截短的冰核蛋白（INPNC） | 区室化 | 作为锚定蛋白将OPH定位于细胞表面 |
关键发现
- 包埋后OPH最大活性约为游离细胞的55.5%（Vmax为1232 AU/min/OD600 vs 游离细胞2221 AU/min/OD600）
- Km从游离细胞的0.16 mM增至包埋细胞的0.58 mM，说明底物亲和力下降
- 长期储存64天后包埋细胞活性保留约95%，而游离细胞活性下降约30%
- 包埋细胞的pH-活性曲线向高pH方向偏移
- TMOS封装细胞活性低于硅酸钠封装且偏离米氏动力学。
研究结论
全水相溶胶-凝胶封装能有效保持Moraxella细胞膜完整性和OPH活性，显著提高酶的储存稳定性，为有机磷生物传感器提供了可行的固定化平台。