基因工程细菌推动植入式传感器革新，实现体内无线分子监测
土耳其研究团队开发出一种新型植入式生物传感器，该装置无需外部电源即可运行，并通过基因改造的大肠杆菌实现体内分子级别的精准监测。这项突破有望为医学监测带来深远变革。
随着全球人口老龄化趋势加剧，医疗健康领域对可检测体表及体内生物信号的先进设备需求不断上升。创新的医疗传感器技术不仅提升了医院的诊疗效率，也在家庭健康管理中扮演着日益重要的角色。
在最新一期《自然・通讯》期刊中，研究人员展示了该传感器的工作原理——利用基因工程细菌将细胞活动转化为可测量的电磁信号，从而实现体内分子水平的实时追踪。
研究人员通过合成生物学手段对细菌进行基因编程，使其在识别目标分子后表达特定蛋白质。这些蛋白质增强了局部的电化学反应，加速了镁金属天线的可控降解。
随着天线材料随时间降解，其形状和尺寸的改变直接影响了天线的共振频率。外部读取设备可捕捉这些频率波动，并将其解码为可识别的信号，从而实现非侵入式的体内监测。
细胞驱动的能源机制
当前市场上的多种植入式设备能够完成从生命体征监测到疾病治疗等多种任务。然而，这些系统通常无法对特定生物分子进行检测。这项新研究填补了这一技术空白。
虽然市面上的血糖监测设备可以检测血液中葡萄糖水平，但它们主要依赖电信号间接推断浓度，而非直接识别葡萄糖分子。而新型传感器具备直接分子识别能力，可能推动疾病标志物的早期精准检测。
活细胞天然具备识别分子的能力。研究团队利用这一特性，通过基因工程手段改造大肠杆菌，使其成为针对特定分子的生物传感器。这种设计赋予了传感器前所未有的灵敏度和特异性。
研究人员在细菌中构建了一个合成基因回路，使其在检测到特定分子后表达Ccm蛋白。这种蛋白质可增强电子传输过程，从而促进细菌与镁金属天线的电化学耦合。
镁箔作为天线材料不仅具有良好的生物相容性，还可随着细菌代谢活动发生可控溶解。这种溶解过程会改变天线的共振特性，进而被体外设备读取。
在实验中，研究人员在模拟人体肌肉组织的体模内实现了深度达25毫米的分子检测。这种体模精确还原了人体组织的电学特性，验证了技术在真实生物环境中的可行性。
该方法未来可拓展至多种生物工程细胞和分子靶点，为实时监测疾病进展提供新途径，有望减少对传统活检等侵入性手段的依赖。
本报道由桑朱克塔・蒙达尔执笔，萨迪・哈雷编辑，罗伯特・伊根审核。该作品体现了严谨的人类创作过程。我们依靠广大读者的支持来推动独立科学新闻的发展。若本文对您有所启发，欢迎考虑支持我们的工作，尤其是持续性的月捐。
更多信息请参考：
Ahmed Bilir et al., “In vivo wireless sensing via genetically engineered bacteria,” Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-65416-5
期刊信息：Nature Communications