跨剪接降噪电路赋能高灵敏度生理标志物细胞传感器

为解决全细胞生物传感器动态范围窄、灵敏度低、依赖大型仪器等问题，研究人员开发了基于split intron-mediated trans-splicing denoiser（SENTR）的合成生物学优化策略，结合启动子工程和受体密度调控，构建了尿酸（0.8 μM）和乳酸（0.5 mM）高灵敏度传感器，并集成纸基比色芯片实现现场检测。该研究为代谢疾病诊断提供了系统性解决方案。

　　

在代谢疾病诊疗中，尿酸和乳酸的实时监测对痛风、肾损伤及败血症等疾病管理至关重要。然而，传统检测方法依赖昂贵仪器和专业操作，难以满足基层医疗需求。全细胞生物传感器虽具有成本低、易部署的优势，但长期受限于背景泄漏高、动态范围窄等问题。如何突破灵敏度与噪声的权衡关系，成为合成生物学领域的核心挑战。

中国某研究机构团队在《Biosensors and Bioelectronics》发表的研究中，创新性地将RNA调控机制与转录优化相结合。通过设计split intron-mediated trans-splicing denoiser（跨剪接降噪器，SENTR），该团队实现了21倍的泄漏抑制和1500倍的动态范围提升，同时保持亚微摩尔级检测限（尿酸0.8 μM，乳酸0.5 mM）。研究还开发了集成纸基比色芯片的便携平台，可在人工尿液中可视化定量生物标志物。

关键技术包括：1）基于split group I introns（I型内含子）设计SENTR系统；2）启动子工程优化转录效率；3）受体/转运蛋白密度调控；4）lacZ报告系统与纸基比色芯片集成。

【设计表征尿酸/乳酸响应细胞传感器】
通过多尺度优化框架，将HucR转录因子与SENTR耦合，使尿酸传感器动态范围达1500倍，检测限突破0.8 μM。乳酸传感器采用内源转运蛋白过表达策略，在0.5-16 mM临床相关浓度区间呈现线性响应。

【跨剪接降噪器开发】
将靶标mRNA分割为5' RNA和3' RNA片段，通过external guide sequences（EGSs）调控trans-splicing（跨剪接）效率。该设计使背景表达降低21倍，且与CRISPRi等调控工具正交兼容。

【便携式检测平台构建】
纸基芯片搭载色度分析软件，实现1-8 μM尿酸和0.25-16 mM乳酸的裸眼定量，检测结果与高效液相色谱法（HPLC）高度一致（R²

0.98）。

该研究建立了"生物电路优化-硬件集成"的全链条技术范式，其创新性体现在：1）首次将RNA trans-splicing应用于生物传感器降噪；2）突破转录调控单模块优化的传统思路，实现转录-翻译协同调控；3）为资源有限地区提供了成本低于2美元的诊断方案。研究获得国家重点研发计划（2023YFF1204500）等基金支持，相关技术已申请PCT专利。