用于活细菌基因表达远距离和大面积检测的高光谱报告分子：开启多领域研究与应用新篇

在实验室中，基因编码报告分子适用于短距离成像，但无法远距离扫描广阔户外区域。研究人员开展了高光谱报告分子（HSRs）的研究。他们筛选出胆绿素 IXα和细菌叶绿素 a 作为候选 HSRs，并将相关基因整合到细菌中，实现了户外远距离检测，这为多领域研究与应用提供了可能。

　　基因编码的报告分子适用于实验室中的短距离成像，但不适合从远处扫描广阔的户外区域。在此，引入了专为通常安装在无人机和卫星上的高光谱成像相机设计的高光谱报告分子（HSRs）。HSR 基因编码的酶能产生具有独特吸收特征的分子，在高光谱图像中可被可靠识别。对 20170 种代谢物进行量子力学模拟，确定了候选 HSRs，基于独特吸收光谱和生物合成可行性，选择了胆绿素 IX_α和细菌叶绿素 a。这些基因被整合到土壤（恶臭假单胞菌，Pseudomonas putida）和水生（胶状红环菌，Rubrivivax gelatinosus）细菌的化学传感器电路中。在环境光下，使用固定相机和无人机搭载的相机拍摄 4000 平方米的单幅高光谱图像，能在户外 90 米远处检测到这些细菌，并远程测量化学传感器的剂量 - 反应函数。HSRs 为生态学、农业、环境监测、法医学和国防领域的大规模研究与应用提供了可能。