aNP-TRAP：一种用于原位微生物培养及抗菌活性功能检测的创新概念平台

本文提出了一种名为aNP-TRAP（Activity-guided Natural Product Triaging and Recognition Assay Platform）的概念性平台，通过整合原位（in situ）微生物培养与功能检测技术，突破传统实验室（ex situ）筛选的局限性。该设备采用蜂窝状培养阵列、梯度渗透膜定向代谢物扩散及生物传感器层，可同步检测抗菌、抗真菌和群体感应抑制（QS）活性，为挖掘沉默生物合成基因簇（BGCs）提供新思路。目前仅为仿真模拟结果，需进一步实验验证。

　　

1 引言

微生物天然产物是药物发现的核心资源，但多数生物合成基因簇（BGCs）在标准实验室条件下处于沉默状态。传统分离培养和代谢物提取方法（ex situ）效率低下且易忽略生态互作。aNP-TRAP平台应运而生，其设计理念强调将生态背景与功能检测耦合，通过原位培养和嵌入式生物传感器直接捕获活性代谢物，区别于实验室专用的微流体技术。

2 设备概念与仿真可行性

2.1 设备概念

aNP-TRAP由三层模块构成：

1. 1.

   培养层：56个六边形孔（容积0.75 mL），顶部覆0.2 μm半透膜防止微生物逃逸；

2. 2.

   中间层：梯度孔隙膜促进代谢物向下扩散并抑制回流；

3. 3.

   检测层：含三种生物传感器——大肠杆菌（Escherichia coli）JW5503-1（抗菌）、白色念珠菌（Candida albicans）（抗真菌）、紫色色杆菌（Chromobacterium violaceum）CV026（群体感应抑制）。

2.2 样本处理与部署

环境样本经缓冲液悬浮后接种至低营养半固体培养基，设备可埋入土壤或水体中实现原位培养。仿真显示，0.2 μm膜约2–6 h完成营养平衡，代谢物定向传输效率>95%。

2.3 检测机制

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  抗菌：大肠杆菌代谢还原刃天青（resazurin）产生蓝→粉色变化，活性化合物抑制代谢则保留蓝色；

• •

  抗真菌：白色念珠菌结合刃天青检测代谢抑制；

• •

  群体感应抑制：紫色色杆菌在C6-HSL诱导下产生紫色素，抑制剂可阻断该过程。

2.4 仿真参数

未进行数值模拟，仅基于文献参数估算：疏水性抗生素（logP >1）24 h保留率>98%，传感器响应时间4–10 h（抗菌IC₅₀≈10 μg/mL，抗真菌≈25 μg/mL）。

3 讨论与展望

aNP-TRAP的创新性在于将原位培养与功能检测集成于单一设备，但需验证环境干扰（如色素降解、AHL水解）对信号的影响。下一步需通过氨苄青霉素、制霉菌素等标准品校准剂量响应。若成功，该平台有望激活沉默BGCs，加速新活性化合物的发现。

4 结论

本文提出了一种未经实验验证的概念性平台，其核心价值在于生态相关性设计与功能检测的整合。仿真数据仅为理论指导，实际性能需通过原型测试验证。

作者说明

本文为纯概念研究，未开展实验，部分内容借助AI工具生成，但科学逻辑与设计均由作者负责。