工程化细菌赋能新型植入式传感器 实现体内无线分子监测
土耳其科研团队近期开发出一种新型植入式生物传感器，该装置采用基因工程改造的大肠杆菌，可在无需外部电源的情况下，对体内分子进行实时无线监测。
当前的医学技术正以前所未有的速度发展，不仅在医院和家庭护理场景中发挥作用，也深刻影响着个人健康管理的方式。随着全球老龄人口不断上升，能够精准捕捉体内生物信号的先进设备正变得愈发重要。
在最新发表于《自然・通讯》的研究中，该团队展示了一种创新传感器系统，它能够将工程细菌的生物反应转换为可检测的电磁信号。
研究人员对大肠杆菌进行编程改造，使其在识别特定分子时能表达特定蛋白质。这些蛋白质可加速电子在电化学体系中的转移，进而促使由镁箔制成的天线发生可控降解。
随着镁制天线逐渐被侵蚀，其物理形态和尺寸发生变化，从而改变其共振频率。外部设备通过捕捉这些频率变化，即可获得传感器的实时状态反馈。
利用活细胞实现分子识别
现代植入式医疗设备种类繁多，涵盖生命体征监测、疾病诊断，乃至体内治疗等多种功能。然而，现有系统在追踪特定分子方面仍存在局限。
有人或许会质疑：不是已有血糖仪可检测葡萄糖吗？但事实上，传统血糖仪主要测量的是组织电信号变化，而非直接识别分子本身。若能实现体内分子的直接追踪，将极大提升生物标志物检测的效率，并推动早期疾病诊断的发展。
活细胞本身具备高度灵敏的分子识别能力。通过合成生物学手段，研究人员对细菌进行基因工程改造，使其具备检测特定分子的能力，从而将活细胞转化为高度定制化的生物传感器。
研究团队通过基因编辑使大肠杆菌表达Ccm蛋白，并构建了一套合成基因回路。当目标分子被识别后，该回路被激活，促进电子转移，并与镁制天线表面发生反应。
镁是一种具备良好生物相容性的材料，能在体内随时间缓慢降解。在细菌作用下，天线的降解过程会引发共振频率的动态变化，这些变化可通过体外读取器进行无线检测。
实验中，研究人员在模拟人体肌肉组织的体模中实现了深度达25毫米的分子传感。该体模具有与真实组织相似的电学特性，验证了系统在临床环境中的潜力。
该技术有望推广至多种生物工程细胞和分子靶点，从而实现对疾病进展的实时追踪，避免传统活检和侵入性采样的需求。
本文由桑朱克塔・蒙达尔撰写，由萨迪・哈雷编辑，罗伯特・伊根负责事实核查与审核。作为独立科学新闻的坚定支持者，我们感谢每一位读者的持续关注。若您认为此类报道具有价值，欢迎考虑通过月捐方式支持我们的工作，作为感谢，您将享有无广告阅读体验。
更多信息请参考：Ahmed Bilir 等人，《体内无线传感的基因工程细菌》，《自然・通讯》（2025 年）。DOI：10.1038/s41467-025-65416-5
期刊信息：《自然・通讯》