Design and Optimization of a Cell-Free Atrazine Biosensor

生物传感器 阿特拉津 三聚氰酸 杀虫剂 化学 分析物 合成生物学 检出限 生物化学 计算生物学 色谱法 生物 有机化学 三聚氰胺 农学
作者
Adam D. Silverman,Umut Akova,Khalid K. Alam,Michael C. Jewett,Julius B. Lucks
出处
期刊:ACS Synthetic Biology [American Chemical Society]
卷期号:9 (3): 671-677 被引量:116
标识
DOI:10.1021/acssynbio.9b00388
摘要

Recent advances in cell-free synthetic biology have spurred the development of in vitro molecular diagnostics that serve as effective alternatives to whole-cell biosensors. However, cell-free sensors for detecting manmade organic water contaminants such as pesticides are sparse, partially because few characterized natural biological sensors can directly detect such pollutants. Here, we present a platform for the cell-free detection of one critical water contaminant, atrazine, by combining a previously characterized cyanuric acid biosensor with a reconstituted atrazine-to-cyanuric acid metabolic pathway composed of several protein-enriched bacterial extracts mixed in a one pot reaction. Our cell-free sensor detects atrazine within an hour of incubation at an activation ratio superior to previously reported whole-cell atrazine sensors. We also show that the response characteristics of the atrazine sensor can be tuned by manipulating the ratios of enriched extracts in the cell-free reaction mixture. Our approach of utilizing multiple metabolic steps, encoded in protein-enriched cell-free extracts, to convert a target of interest into a molecule that can be sensed by a transcription factor is modular. Our work thus serves as an effective proof-of-concept for a scheme of "metabolic biosensing", which should enable rapid, field-deployable detection of complex organic water contaminants.
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