工程化细菌助力无线体内分子传感
土耳其研究团队近期开发出一款新型植入式生物传感器，该装置无需外部供电，即可实现体内分子水平的无线监测。其核心在于使用基因工程化的大肠杆菌作为生物探针，对体内的化学变化做出响应。
当前，医疗科技正以前所未有的速度演进，从医院到家庭医疗场景，监测手段不断升级。随着全球人口老龄化趋势加剧，具备高灵敏度和深度监测能力的医疗设备需求持续上升，特别是在分子层面。
在最新一期《自然·通讯》期刊上，该团队介绍了一种创新方法：通过基因改造的细菌细胞，将细胞内的生化活动转化为可被检测的电磁信号，从而实现体内传感。
研究人员对这些工程细菌进行了编程设计，使其在接触到特定分子时能表达特定的蛋白质。这些蛋白质能够加快电子在周围电化学环境中的转移速度，从而引发镁箔天线的可控降解。
镁箔天线在降解过程中，其几何形态和物理尺寸随时间发生变化，进而影响其共振频率。外部设备通过追踪这些频率的变化，便可解析出体内发生的生物事件。
细胞即能量源
现有市场上的植入式设备已涵盖从生命体征监测到疾病治疗等多个方面。然而，目前的技术仍无法有效追踪体内特定分子的动态变化。
有人或许会疑惑，难道血糖仪不就是用来检测葡萄糖的吗？实际上，大多数血糖仪反映的是组织电信号的波动，而非直接测量葡萄糖分子。具备检测体内特定分子的能力，将为疾病标志物的捕捉提供全新手段，推动实现早期诊断。
生物细胞本身具备高度敏感的分子识别机制，几乎能响应任何接触的分子。研究人员利用合成生物学手段对大肠杆菌进行改造，使其具备感知特定分子的能力，从而转化为定制的分子传感器。
通过基因工程，研究人员在大肠杆菌中构建了Ccm蛋白表达系统，形成一套合成基因回路。当细菌识别到目标分子后，该回路被激活，进而促进电子流动。
这种电子转移作用使得细菌能够与镁金属天线表面发生交互。镁作为一种生物兼容材料，能够在体内逐步降解，为整个传感过程提供可持续的物理基础。
随着细菌持续作用，镁天线逐步侵蚀，其共振特性随之改变。体表佩戴的读取装置可无线捕捉这些信号，从而实现对体内生物活动的非侵入式追踪。
在模拟人体肌肉组织的体模实验中，研究团队成功实现了25毫米深度的分子水平传感，该体模高度还原了真实组织的电学行为。
该技术若能扩展至更多工程化细胞和分子靶点，将极大提升对疾病进程的实时监测能力，减少对活检和侵入式取样的依赖。
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。作为独立科学新闻的一部分，我们依赖读者的支持来维持高质量的内容创作。若您认可本报道的价值，欢迎通过月捐等方式支持我们的工作，您将因此获得无广告阅读权限。
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》