工程化细菌赋能无线生物传感技术实现体内分子追踪
土耳其科研团队开发出一种新型植入式生物传感器，该设备通过基因工程改造的大肠杆菌，在无需外部电源支持的情况下，即可在体内进行分子水平的自主监测和无线信号传输。
当前，生物传感技术正以前所未有的速度推动医疗领域的革新，不仅在临床诊疗中发挥作用，在家庭健康管理中也展现出巨大潜力。随着全球人口老龄化趋势加剧，具备精准体表与体内信号采集能力的智能医疗设备，正变得愈发重要。
这项突破性成果发表在《自然·通讯》期刊上，研究团队展示了一种基于工程化细菌的体内传感系统，能够将细胞活动转化为可测量的电磁信号。
研究人员对大肠杆菌进行基因修饰，使其在感知特定分子时表达特定蛋白质。这些蛋白质可增强电化学反应中电子的传输速率，从而引发镁基天线材料的可控降解。
随着镁天线逐渐溶解，其尺寸与结构发生变化，进而影响其共振频率。体外的信号接收装置则可以捕捉这些频率变化，并将其转化为可分析的电磁信号。
细胞本身即为传感核心
当前市场上的多种植入设备，已涵盖生命体征监测、疾病诊断乃至治疗等功能。但它们大多无法实现对体内特定分子的直接追踪。
有人或许会疑惑：血糖仪不就是检测葡萄糖的例子吗？实际上，传统血糖仪主要依赖于组织电信号的测量，而非直接识别葡萄糖分子。而若能实现体内特定分子的实时检测，将极大提升疾病标志物识别的精度与效率，助力早期疾病的精准诊断。
生命系统本身具备高度敏感的分子识别能力。借助合成生物学工具，科研人员对细菌进行基因改造，使其成为具备分子识别功能的生物传感器。
研究人员通过编程手段，使大肠杆菌表达Ccm蛋白，并构建了可响应特定分子的合成基因回路。当目标分子被识别时，该回路被激活，推动电子流动，进而引发细菌与镁基天线之间的电化学反应。
镁材料具有良好的生物相容性，并可在体内随时间逐渐降解。细菌活动引发的天线结构变化会改变其振动频率，佩戴在体表的读取设备可远程捕捉这些信号，实现对植入设备状态的动态监控。
研究团队还在模拟肌肉组织特性的体模中，成功实现了25毫米深度的体内分子传感，该体模准确复现了人体组织的电学行为。
这一方法的扩展应用，有望将多种工程细胞类型和分子靶点纳入监测体系，从而彻底改变目前依赖侵入性取样和活检的疾病监测模式。
本文由桑朱克塔·蒙达尔撰写，萨迪·哈雷担任编辑，罗伯特·伊根负责事实核查与审核。这是一篇由人类作者精心创作的科学报道。您的支持对独立科学新闻的发展至关重要。如果您认可这篇报道的价值，欢迎考虑做出捐赠，特别是持续性的月捐。作为回馈，您将获得无广告的阅读体验。
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