合成生物学驱动的光电生物传感器实现粪便样本中诺如病毒的高灵敏快速检测

为解决诺如病毒(NoV)传统检测方法耗时、依赖专业设备等问题，研究人员开发了一种基于合成生物学的光电生物传感器。该技术整合了杆状病毒-昆虫细胞表达的诺如病毒样颗粒(NoV-LPs)和高亲和力单链抗体(scFv)，可在45分钟内完成8样本并行检测，灵敏度达0.5 fM（32 Ct值），较传统方法提升10-100倍。临床验证显示其与RT-qPCR结果高度吻合(r=0.945)，为资源有限地区提供了高效诊断方案。

　　

每年全球约7亿人感染诺如病毒，其中20万儿童因此死亡，但现有检测技术面临灵敏度不足、操作复杂等瓶颈。传统RT-qPCR需要专业实验室，而快速免疫层析法又易出现假阴性。更棘手的是，诺如病毒GII.4型作为主要流行株（占暴发疫情80%），其诊断标准物的缺乏严重制约检测准确性。

研究人员创新性地将合成生物学与生物传感技术结合，开发出革命性检测平台。该研究通过杆状病毒表达系统制备具有T=4二十面体对称结构的诺如病毒样颗粒(NoV-LPs)，每个颗粒包含240个VP1蛋白拷贝，其结构稳定性远超传统T=3型。同时利用噬菌体展示技术筛选出针对GII.4型的高亲和力单链抗体(scFv)，其解离常数(K_D)达1.33×10^?12 M。这些生物元件被集成到微型光盘检测系统，通过激光扫描实现信号读取。

关键技术包括：1）采用Bac-to-Bac杆状病毒系统在Sf9细胞中表达NoV-LPs；2）通过噬菌体展示和BirA连接酶介导的生物素化制备scFv；3）建立竞争法和夹心法双检测模式；4）使用20例临床粪便样本进行验证。

【NoV-LPs表征】
冷冻电镜显示NoV-LPs直径38 nm，与天然病毒一致。SDS-PAGE显示58 kDa特征条带，产量达0.1 mg/mL。独特的T=4结构使其结合位点密度提升33%，为高灵敏度检测奠定基础。

【scFv抗体特性】
scFv分子量25 kDa，产量4.0 mg/L。生物膜干涉实验证实其与NoV-LPs结合后几乎无解离，最大响应值(Rmax)达3.89 nm。相比传统抗体，其缺失Fc段可降低非特异性结合。

【检测性能】
夹心法灵敏度达0.5 fM（300病毒颗粒/μL），较竞争法(10 fM)提升20倍。临床样本检测与RT-qPCR的Ct值误差仅11%，且在Ct值10-25（传染性最强区间）表现最佳。对GII.3/GII.6等亚型及轮状病毒均无交叉反应。

这项研究突破了传统免疫检测的灵敏度极限，其0.5 fM的检测限比荧光法(LOD 1.0 fM)和电化学法(100 pM)更具优势。尤为关键的是，NoV-LPs作为标准物质首次实现了蛋白检测与核酸Ct值的等效换算，为诊断标准化提供新思路。该平台45分钟完成检测、无需核酸扩增的特点，使其在基层医疗和疫情暴发现场具有重大应用价值。论文发表于《Biosensors and Bioelectronics》，为合成生物学赋能诊断技术树立了新标杆。