传统的酶电极基于纯酶在电极上的固定，存在酶固定效率低、渗漏、易失活和成本高等不足，是发展酶基生物传感器和生物燃料电池的瓶颈问题。微生物表面展示技术主要优势在于直接利用表面展示有重组蛋白的全细胞作为催化剂进行酶促反应。与传统的酶制备方法相比，该技术纯化步骤简单，而且得到的酶蛋白活性高、稳定性好。
近日，中国科学院青岛生物能源与过程研究所研究员、中科院“百人计划”入选者刘爱骅领导的生物传感器团队在葡萄糖氧化酶（GOX）酵母表面展示体系的构建及开发新型葡萄糖电化学生物传感器方面取得新进展。相关成果发表在Analytical Chemistry(2013, 85, 6107-6112)。该团队在前期研究中利用细菌表面展示系统将一系列脱氢酶展示在大肠杆菌表面，并利用此全细胞构筑生物传感器，实现了木糖（Analytical Chemistry 2012, 84, 275-282； Biosensors and Bioelectronics 2012, 33, 100-105）和葡萄糖（Biosensors and Bioelectronics 2013, 45, 19-24）的检测。酵母展示系统是一种重要的真核蛋白展示系统，能够展示需要糖基化作用、二硫键异构化等翻译后修饰才具有功能活性的复杂真核蛋白。
GOX是一种来源于真核生物的糖蛋白，广泛用于食品防腐和保鲜，医药工业上生产葡萄糖酸，然后进一步生产葡萄糖酸钾、钙、锌等微量元素保健品，以及制备血糖试纸和葡萄糖氧化酶生物传感器。该团队利用a凝集素作为锚定蛋白将GOX展示在酿酒酵母细胞的表面，综合运用免疫化学分析以及酶活测定的方法证实了融合蛋白高效地表达并固定在细胞表面（图1）。与胞外分泌表达的GOX相比，细胞表面展示的GOX具有更好的热稳定性（在56 °C条件下放置1小时后仍有 84.2% 的酶活性）、很宽的pH范围（pH 3.5−11.5）稳定性和很好的底物特异性，特别是酵母细胞不影响重组蛋白GOX的直接电化学。基于GOX展示的酵母全细胞和多壁碳纳米管构筑生物电极，制成了新型葡萄糖生物传感器，实现了葡萄糖的检测（图2）。该传感器具有灵敏度高、特异性好、重复性好、稳定性高、测量简便、成本低和可用于实际样品的检测等优点。
GOX酵母展示系统也可用于研发其他氧化酶（如酒精氧化酶、乳酸氧化酶、谷氨酸氧化酶等）展示的酵母全细胞催化剂，可望广泛应用于生物传感、生物能源和生物工业催化等领域。
该研究得到了国家自然科学基金和中科院“百人计划”项目的支持。
图1. A）酿酒酵母的显微镜照片。（a）阴性对照；（b）表面展示GOX的细胞。B) 酵母细胞表面展示的GOX酶活。
图2. 酵母表面展示的葡萄糖氧化酶/多壁碳纳米管修饰电极在不同浓度的葡萄糖溶液中的循环伏安图，葡萄糖浓度分别是0.0 mM （a）、0.1 mM（b）、0.5 mM（c）、2.0 mM（d）、8.0 mM（e）、12.0 mM（f）。内插图为葡萄糖生物传感器的标准曲线图。
新闻来源：http://www.cas.cn/ky/kyjz/201306/t20130625_3885864.shtml
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