基因工程细菌推动植入式传感器实现体内无线分子检测
土耳其科研团队近日开发出一种新型植入式生物传感器，该设备基于基因工程改造的大肠杆菌，能够实现在体内进行分子级别的监测，且无需外部电源即可自主运行并无线传输信号。
近年来，技术创新在医疗领域的应用不断深化，不仅改变了传统诊疗方式，还拓展了个体健康状况的监测手段。特别是在全球人口老龄化的背景下，对能够精确捕捉体内生物信号的先进设备的需求日益增加。
这项研究成果发表于《自然・通讯》期刊，展示了研究人员如何利用工程化细菌，将细胞活动转化为可被测量的电磁信号。
研究团队通过基因修饰手段，对大肠杆菌进行编程，使其在检测到特定目标分子时产生一种特异性蛋白。这种蛋白的出现会提升局部电化学体系中的电子转移速率，从而促使由镁箔制成的微型天线发生可控降解。
随着镁天线的逐步溶解，其形状和尺寸发生变化，进而影响其共振频率。位于体外的信号接收装置可捕捉频率的细微变化，并将其转换为可识别的无线信号，为体内分子动态提供实时数据。
细胞作为微型传感单元
市面上的植入式医疗器械种类繁多，涵盖从生命体征监测到疾病治疗等多种功能。然而，目前大部分设备尚无法实现对特定分子的精准检测。
有人或许会质疑：血糖仪不正是用来检测葡萄糖的吗？实际上，多数血糖仪是通过测量组织电信号间接反映葡萄糖水平，而非直接识别分子本身。而能够直接追踪特定分子的能力，将极大提升对疾病生物标志物的检测精度，并推动早期诊断的发展。
生物细胞本身具备高度灵敏的分子识别能力，研究人员利用合成生物学技术，对细菌进行基因改造，使其转化为定制化的分子探测器。
通过在大肠杆菌中构建Ccm（细胞色素 c 成熟）蛋白的合成基因回路，研究者实现了当细菌识别到目标分子时，能激发特定的电子转移通路。
当该基因回路被激活后，增强的电子流动使细菌与镁金属天线表面发生相互作用。镁是一种具备良好生物相容性的材料，可在体内缓慢降解。
随着细菌活动引发天线结构变化，其共振频率发生改变，佩戴在体表的无线读取设备便能捕捉这些动态信号，实现对体内事件的远程感知。
研究人员在模拟肌肉组织的电学模型中，成功实现了深度达25毫米的体内分子传感。这种体模复现了人体组织的复杂电特性，为传感器临床转化提供了有力支撑。
这一技术若能扩展至多种生物工程化细胞和分子靶点，将有望重塑疾病监测方式，使患者无需反复接受侵入性取样或活检，即可获得精准的实时诊断信息。
本文由桑朱克塔・蒙达尔撰写，萨迪・哈雷编辑，罗伯特・伊根负责事实核查与审核。作为独立科学新闻报道的一部分，本刊依赖读者的支持来维持高质量内容的产出。如果您认可本篇报道的价值，欢迎考虑捐助，特别是月捐形式，捐助者将获得无广告阅读权限。
更多信息：Ahmet Bilir 等人，《体内无线传感的基因工程细菌方法》，《自然・通讯》（2025年）。DOI: 10.1038/s41467-025-65416-5
期刊信息：《自然・通讯》