基因工程细菌赋能无线体内分子监测
土耳其科研团队开发出一种新型植入式生物传感器，借助基因工程化的大肠杆菌，在无需外部电源支持的情况下，实现在体内的分子级监测与无线信号传输。
近年来，技术创新正深刻影响着医疗行业的发展，不仅体现在医院和家庭健康管理方面，更在个体健康监测方式上带来变革。随着全球老龄化进程加快，能够精准捕捉体表与体内生物信号的先进医疗设备正变得愈发关键。
近期，研究人员在《自然・通讯》期刊上发表论文，介绍了一种全新的体内传感器。该装置能将工程化细菌细胞的生物活动转化为可被测量的电磁信号。
研究团队对细菌进行了基因改造，使其在识别特定分子后表达特定蛋白质。这些蛋白质会增强局部电化学反应，从而加速镁箔天线的可控降解。
随着镁天线逐渐溶解，其物理形态与尺寸发生变化，进而影响其共振频率。外部设备可捕捉这些频率变化，并将其解析为生物活动的无线信号。
利用生物细胞作为传感核心
当前市场上的植入式装置已能执行多项功能，包括生理参数监测、疾病诊断以及治疗干预。然而，这些系统普遍难以实现对特定分子的追踪。
有人或许会问，血糖仪不正是用来检测葡萄糖分子的吗？实际上，大多数血糖仪是通过测量组织中的电信号变化间接推测葡萄糖水平，而非直接识别分子。而具备直接分子追踪能力的技术，将有助于提高生物标志物检测的灵敏度，实现疾病早期预警与持续监测。
生物细胞本身具备高度敏感的感知机制，能够识别与其接触的绝大多数分子。研究人员借助合成生物学手段，对细菌进行基因编辑，使其成为特定分子的生物探测器。
研究人员通过编程大肠杆菌，使其表达细胞色素 c 成熟（Ccm）蛋白，并构建了一个基因回路。当细菌识别出目标分子时，该回路被激活。
这一回路的启动增强了电子传输能力，使细菌与镁制天线表面发生化学作用。镁作为生物可降解材料，在体内会随时间逐渐溶解。
随着细菌活动推动镁天线的降解过程，其物理特性发生变化，导致共振频率改变。佩戴在体表的外部读取器可实时捕捉这些信号变化，从而实现对体内生物过程的无线追踪。
在实验中，研究团队在模拟人体肌肉组织的体模中实现了25毫米深度的分子传感，该体模具备与真实人体组织相似的电学特性。
这一方法若能拓展至更多种类的生物工程细胞及分子靶点，将有望革新疾病监测方式，减少对活检或侵入性检测的依赖，实现持续、无创的健康追踪。
本文由桑朱克塔・蒙达尔执笔，萨迪・哈雷负责编辑，罗伯特・伊根完成事实核查与审校。这是一篇由专业团队精心打造的原创科学报道。我们依赖广大读者的支持来推动独立科学新闻的传播。如果您觉得这篇报道具有价值，欢迎考虑进行捐赠，尤其是月捐形式。作为感谢，您将获得无广告账号。
更多信息：艾哈迈德・比勒尔等，《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》