基因工程细菌赋能无线生物传感技术
近日，土耳其科研团队研发出一款无需电池、可植入体内的新一代生物传感器。该技术利用基因工程化的大肠杆菌作为分子检测工具，实现了体内分子的无线追踪，为精准医疗提供了新的解决方案。
当前，随着全球人口老龄化的加速，对高灵敏度、实时体内生物信号监测设备的需求不断增长。这一创新突破，不仅有望推动医疗设备的演进，也可能在家庭健康管理领域发挥重要作用。
研究人员在《自然通讯》上发表了一项研究，介绍了他们开发的可植入传感器。该设备能够将工程化细菌的细胞活动转化为可测量的电磁信号，从而实现对特定分子的探测。
团队通过基因编辑，使大肠杆菌在检测到目标分子时表达特定蛋白质。这些蛋白质提升了细菌周围电化学系统的电子传递效率，进而触发植入的镁箔天线发生可控降解。
随着天线材料的逐渐溶解，其几何形态和尺寸发生变化，从而改变了其共振频率。外部设备通过捕捉这一频率变化，即可推断出体内目标分子的存在。
利用生物能量实现无线传感
目前市场上已有多种植入式设备可用于生命体征监测、疾病诊断和体内治疗。然而，这些设备在特定分子的实时追踪方面仍存在技术瓶颈。
虽然现有的血糖监测仪可以评估组织中的电化学变化，但它们并不能直接检测血液中的葡萄糖分子。具备分子级检测能力的传感器将极大提升对疾病标志物的识别效率，为早期诊断提供有力支持。
实验数据显示，经过校准的天线在不同状态下呈现不同的S21参数变化。图像展示了天线在暴露于工程化大肠杆菌BL21 CcmA–H与未改造菌株BL21时的状态。图片来源：Nature Communications (2025)。DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-025-65416-5
活体细胞具备感知多种分子的独特能力。研究人员借助合成生物学手段，对大肠杆菌进行基因改造，使其成为可检测特定分子的生物探针。
通过构建合成遗传回路，研究团队使细菌在识别目标分子时表达细胞色素c成熟（Ccm）蛋白。该蛋白的表达增强了电子传导，使细菌能够与植入体内的镁制天线发生相互作用。
镁材料具有良好的生物相容性，并且可在体内缓慢降解。细菌活动引发的天线退化过程，会进一步改变其共振特性。外部读取器通过无线接收这些电磁信号变化，从而实现非侵入式监测。
在实验中，研究人员在模拟人体肌肉组织的仿生材料中，成功实现了25毫米深度下的分子感知。这一结果表明，该技术具有在复杂生物环境中稳定运行的潜力。
研究人员指出，该方法适用于多种生物工程细胞及分子靶点，未来有望广泛应用于疾病动态监测，减少对重复活检或侵入性检测的依赖。
更多信息可参考：Ahmet Bilir 等人发表于《自然通讯》的文章《通过基因工程细菌实现体内无线传感》，DOI: 10.1038/s41467-025-65416-5。
期刊信息：自然通讯