工程化细菌推动体内无线分子监测技术
由土耳其科学家研发的一种新型植入式生物传感器，借助基因工程改造的大肠杆菌，实现了无需外部电源即可在体内进行分子水平监测的能力。这项技术具有无线自供能特性，代表了生物传感领域的重大突破。
当前的医学技术正处于快速变革阶段，不仅在临床和家庭健康场景中发挥作用，也正在改变个体对自身生理状态的监控方式。随着全球人口老龄化趋势的加剧，对具备体表和体内生物信号监测能力的高端医疗设备的需求正持续上升。
最新研究发表在《自然・通讯》期刊上，展示了一种可将工程细菌细胞活动转化为电磁信号的植入式传感器。研究人员通过对细菌细胞的基因工程改造，使其在检测到特定分子时能表达特定蛋白，从而影响电化学系统的电子转移过程。
研究人员通过编程改良细菌，使其在识别到目标分子时表达特定蛋白质。这些蛋白可以加速环境中的电子传输，进而引发由镁箔制成的天线发生可控降解反应。
随着镁箔天线的持续降解，其形状和尺寸的变化会改变其共振频率。这一频率波动可以被体外的接收设备捕捉，并转化为可解读的电磁信号。
利用细胞作为生物信号源
如今市面上的植入式设备已经可以实现从生命体征监测到疾病治疗等多种功能。然而，这些系统在检测特定分子方面仍存在局限。
有人可能会认为，血糖仪不正是用来检测分子的工具吗？实际上，多数血糖仪是通过测量组织电信号的变化来间接推测葡萄糖浓度，而不是直接检测葡萄糖分子。而具备分子级检测能力的技术，将极大提升对疾病标志物的识别效率，使早期诊断成为可能。
活细胞本身具备高度灵敏的感知系统，能够对所接触的分子做出响应。研究人员利用合成生物学工具，对细菌进行基因改造，使其成为能够检测特定分子信号的生物传感器。
研究团队对大肠杆菌进行了基因重编程，使其表达Ccm蛋白，构建出一个合成基因回路。当该回路检测到目标分子时，会激活特定的电子流动机制，使细菌与镁制金属天线发生相互作用。
镁是一种生物相容性良好的材料，可在体内逐渐溶解。细菌活动引发的天线降解，会改变其物理属性，从而影响其共振频率。体外佩戴的读取装置可以无线追踪这些频率波动，实现对设备运行状态的远程监测。
该研究团队还在模拟肌肉组织的体模中实现了25毫米深度的分子检测，该体模精准还原了人体组织的电学特性，为技术在实际应用中的可行性提供了有力支撑。
若将这一方法扩展至多种工程化细胞和不同分子靶点，将有望彻底变革疾病进展的实时监测方式，减少对侵入性手段如活检的依赖。
本文由桑朱克塔・蒙达尔撰写，萨迪・哈雷编辑，罗伯特・伊根进行事实核查与审核，体现了团队在科学新闻报道方面的专业协作。
更多信息请参考：艾哈迈德・比勒尔等人，《通过基因工程细菌实现体内无线传感》，《自然・通讯》（2025年）。DOI：10.1038/s41467-025-65416-5
期刊信息：《自然・通讯》