工程细菌赋能无线分子追踪，开启植入式传感新纪元
一支来自土耳其的研究团队开发出一种创新型的植入式生物传感器。该设备采用基因工程改造的大肠杆菌作为核心组件，能够在生物体内实现分子层面的自主监测，无需依赖外部电源即可无线运行。
在医疗科技飞速发展的当下，从医院诊疗到家庭健康管理，技术的介入正在深刻改变人类对身体状况的认知方式。尤其在人口老龄化趋势日益明显的情况下，具备体表与体内生物信号监测能力的先进设备需求持续上升。
这项突破性成果已在《自然・通讯》上发表，研究团队展示了这一新型传感器的工作原理：通过基因工程改造的细菌细胞，能够将自身的生物活动转化为可测量的电磁信号。
研究人员对大肠杆菌进行了生物编程，使其在识别到特定分子后，产生特定的蛋白质。这些蛋白质能够增强电化学环境中的电子转移效率，从而促使镁金属箔天线发生可控降解。
随着镁制天线的逐渐腐蚀，其形态和尺寸随之改变，影响其共振特性。外部接收装置可捕捉这些频率变化，将其转化为可识别的无线信号，实现对体内生物过程的远程监测。
细胞作为生物信号源
当前市场上的植入式医疗设备种类繁多，涵盖从生命体征监测、疾病诊断，到体内治疗等多领域应用。然而，它们仍面临一个关键挑战：难以精准追踪特定分子的动态。
有人或许会质疑，血糖检测仪不正是测量葡萄糖的工具吗？实际上，大多数血糖仪检测的是组织液中的电信号，而非葡萄糖分子本身。而具备分子级别检测能力的设备，有望显著提升疾病标志物的识别效率，并推动早期实时诊断技术的发展。
活细胞本身具有高度灵敏的分子识别机制。研究人员利用合成生物学手段，对细菌进行基因改造，使其成为可定制的分子检测工具。
在本研究中，科学家通过基因工程手段，使大肠杆菌表达细胞色素 c 成熟（Ccm）蛋白，构建了一个响应型基因回路。当细菌检测到目标分子时，该回路被激活。
回路激活后，增强了细菌与镁制金属天线之间的电子交互。镁作为一种生物相容性良好的材料，可在体内缓慢降解。
随着细菌持续作用，天线的物理属性发生变化，从而改变其共振频率。佩戴于体表的外部读取器可无线捕捉这些频率波动，从而实现对植入装置状态的动态追踪。
研究人员还在模拟人体肌肉组织的体模中，成功实现了25毫米深度的分子水平传感。该体模高度还原了人体组织的电学特性，验证了该技术在真实生物系统中的可行性。
这一方法的扩展应用，有望覆盖多种生物工程化细胞类型及分子靶点，从而重塑疾病监测领域，实现从传统侵入性采样到无创实时监测的跃迁。
本文由桑朱克塔・蒙达尔撰写，萨迪・哈雷负责编辑，罗伯特・伊根完成事实核查及审核。这是经过严谨创作的科学报道。我们依赖广大读者的支持，共同推动独立科学新闻的发展。若您认可本篇报道的价值，欢迎考虑捐赠（尤其是每月定期捐助），作为感谢，您将获得专属的无广告账号。
更多信息：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》