味觉受体及其传感器研究与应用

中国传统饮食和食品的烹制与加工讲究色、香、味俱全,其中"酸、甜、苦、辣、咸五味调和"又构成其核心标准。国际上也分为"五味",分别为"酸、甜、苦、咸、鲜",其中少了辣味,多了鲜味。也有人建议将脂肪的味道定义为"香"味,但是中国人的"香"实际上是"香气",属于嗅觉,而非味觉。大量研究证明,多数味觉受体作为营养传感系统,如苦、甜、鲜都属于G蛋白偶联受体超家族成员,而且其分布并不限于味蕾、肠道等,其他组织均有分布,是药物筛选的重要靶标。然而,到目前为止,市场上进行味觉测定仍然依赖于电子鼻和电子舌等仪器设备,味觉受体传感器及其有关技术则仍处于探索和研究阶段。其主要原因是:味觉受体和其他大多数受体一样,在与配体识别和启动信号传递时主要依赖于弱相互作用,如何将这些弱相互作用转变为传感器可以处理并放大的光、声、电、磁、热等信号,从而实现其定量测定是一个关键性难题。但是,由于味觉受体在医药筛选、食品添加剂、食品的功能性评价和代谢综合征预防等方面的巨大应用与开发前景,其检测方法一直是科学家关注的焦点之一。本文将针对味觉受体及其传感器检测技术的研究进展进行综合评述,讨论其未来发展和应用前景。

受体与离子通道生物传感器评述

受体与离子通道是存在于细胞膜的天然生物传感单元。在对受体与离子通道生物传感器研究所具有的优势,以及开发该类传感器所面临的具体困难详细论述的基础上,重点对本领域最新研究的纳米孔支撑的双层类脂膜体系、受体与离子通道耦联的电活性细胞受体,以及基于细胞传感器的受体与离子通道研究等新型生物医学传感技术手段与方法进行了系统介绍。对受体与离子通道生物传感器的应用前景进行了展望。

受体生物传感器的研究进展

综述了利用各种生物材料中的膜受体蛋白作为分子识别元件的受体生物传感器研究的最新进展。主要从离体受体传感器、细胞受体传感器和神经组织受体传感器 3个方面 ,讨论了它们的特点和存在问题 ,并展望了受体生物传感器未来的发展方向。共引用文献 4 2篇。

受体生物传感器及其研究进展

受体生物传感器是以膜受体蛋白作为分子识别元件的一类新型的生物亲合性传感器(bioaffinitsyensor)s,它建立在受体-配体特异性结合的基础上,在食品、环境、医药、军事等领域有着广泛的应用前景。文章主要从天然的及人工合成的受体生物传感器两大方面进行论述,并简要地评述该领域的发展趋势。

白细胞介素-1α与其Ⅰ型可溶性受体的相互作用及动力学特征

研究了基于亲和型生物传感器的白细胞介素-1α(IL-1α)与I型可溶性白细胞介素-1受体(sIL-1RⅠ)相互作用的实时监测,并应用FASTfit软件对数据进行拟合分析。采用共价交联法在样品池表面固定sIL-1RⅠ,其密度为2.13 ng/mm2,用于检测不同浓度IL-1α与sIL-1RⅠ的结合所引起响应信号变化。对浓度为2400 nmol/L IL-1α的响应信号为122.66弧度秒,并且响应信号同IL-1α浓度呈线性关系,相关系数为0.972。FASTfit拟合数据结果表明IL-1α与sIL-1RⅠ相互作用符合一级动力学方程,其误差值不超过0.5弧度秒,其解离平衡常数(KD)和结合平衡常数(KA)分别为4.15×10-6mol/L和2.41×105mol/L。验证了亲和型生物传感器研究IL-1α和sIL-1RⅡ相互作用及动力学分析的可行性,有助于阐明IL-1α和sIL-1RⅠ的重要生物学功能,并为快速筛选其拮抗剂研究提供了理论和实验数据。

在活细胞中应用FRET技术研究TGFβ/TβRI信号传导

转移生长因子β(TGFβ)信号传导通路参与调节细胞的增殖、分化、凋亡、细胞迁移等一系列细胞过程,与骨代谢疾病的发病机制密切相关.本研究根据荧光共振能量转移(FRET)技术原理,构建包含CFP-TβRI-YFP融合蛋白的TβRI生物传感器,转染293T细胞,观察转染效率.以TGFβ1为诱导剂,激活TGFβ/TβRI信号传导通路,在活细胞生理条件下,动态监测TβRI生物传感器的FRET效应.结果表明,成功构建了TβRI生物传感器,转染细胞效率达50%,在TGFβ1诱导刺激6min后,FRET效率增加并达到最大值,该过程经历9 min后,随时间的延长,FRET效率下降.研究结果表明:在活细胞生理条件下,TGFβ1/TβRI信号转导过程存在一定的时间特异性.

基于内含肽技术的生物传感器

开发用于分析复杂生物学问题的生物传感器,对于研究人类疾病和发现潜在药物分子十分重要。内含肽介导的蛋白质剪接技术的应用推动了新型生物传感器发展,基于内含肽技术的生物传感器可以对酶活性、激素受体、维生素和蛋白质与蛋白质间的相互作用等一些重要的生物学过程进行高效精准的分析和研究。重点阐述基于内含肽技术的生物传感器相关研究进展,并对其进行了展望。

基于声表面波器件的仿生嗅觉受体传感器的研究

嗅觉受体可以与气味分子发生特异性的相互作用,这一机理不仅在生物嗅觉系统分辨和识别气味的过程中发挥着重要作用,而且也为解决传统嗅觉传感器特异性低的问题提供新的途径。从仿生设计角度,利用嗅觉受体对其配体特异性识别的机理,提高嗅觉传感器的特异性。以嗅觉受体作为敏感元件,声表面波器件作为二级传感器,构建一种可用于特异性气味检测的新型嗅觉受体传感器。选择秀丽线虫嗅觉受体ODR-10作为生物识别元件,通过基因工程的方法,将其表达在人乳腺癌细胞MCF-7细胞质膜上,提取含有ODR-10的细胞质膜组分,将其涂覆在声表面波器件的敏感区域。结果表明,ODR-10可以有效地表达于MCF-7的细胞质膜上,用这种异源表达的ODR-10构建的仿生嗅觉传感器对ODR-10的配体丁二酮具有很高的灵敏度,并具有很好的特异性。实验结果证实,这种基于嗅觉受体的仿生嗅觉传感器不仅适用于特异性气味检测,也适用于筛选特异性的嗅觉受体-配体对,将进一步推动嗅觉传导机理研究的进展。

生物传感器及其发展概况

简要介绍了生物传感器的概念、结构、基本原理和国内外发展概况。

味觉受体及其对食品功能评价的应用潜力

哺乳动物味觉系统传统分类为五味:鲜、甜、咸、酸、苦。这些味觉让我们能够大概了解食物的组成成分。味觉的传感受体经鉴定属于最大的基因家族——G蛋白偶联受体的主要成员T1R和T2R。有研究表明,还有一种和脂肪传感有关的受体,可以介导游离脂肪酸(free fatty acid,FFA)的味道,也属于G蛋白偶联受体(G protein-coupled receptors,GPCR)家族成员。越来越多的研究显示,味觉受体不仅在味觉器官中表达,也广泛表达于其他组织和器官中。但是大多数研究结果都是通过反转录聚合酶链式反应(reverse transcriptionpolymerase chain reaction,RT-PCR)和微阵列方法得到,尚未对其蛋白表达和生理功能进行系统研究。近年来,一些文章报道了关于胃肠道味觉受体的生理功能。这些研究结果进一步证明嗅觉和味觉受体绝不仅仅局限于味觉和嗅觉传感,可能还有其他潜在的重要功能。本文首先整理和总结了嗅觉和味觉受体在嗅觉和味觉器官以外的组织中的表达情况,而后深入探讨其潜在的多种生理功能,从营养传感、吸收控制及对代谢平衡、能量吸收与控制的影响,到代谢紊乱所引起的疾病。最后,预期这些受体及其检测技术的发展方向和应用前景,特别是在食品性味评价和主要功能性成分,如:白藜芦醇、多酚类、黄酮类和其他植物化合物的功能性评价中的应用。

生物传感器及其在食品和环境检测中的应用

生物传感器技术是一种全新的微量分析技术,目前已广泛应用于食品、环境等领域的高通量快速检测。本文依据分子识别元件将生物传感器分为7类,简要介绍各种生物传感器的原理和应用情况,对于生物传感器在食品安全、环境监测和基础分析等领域的推广应用具有重要意义。

TRAIL受体微阵列生物传感器检测系统的初步应用

目的:肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体(TNF-relatedApoptosis-inducedLigand,TRAIL)受体微阵列生物传感器检测系统为离子敏场效应型(Ionsensitivefieldeffecttransistor,ISFET)免疫生物传感器,利用此检测系统检测细胞表面的TRAIL受体。方法:将1∶10稀释的4种TRAIL受体的抗体吸附在此型免疫生物传感器上,对正常血管内皮细胞株EVC9611、肺癌细胞株AS49-DDP、舌癌细胞株Tca8113以及白血病人来源的白细胞进行检测。结果:这种微阵列传感器检测系统可以同时检测细胞表面的4种TRAIL受体,并发现正常血管内皮细胞株EVC9611和舌癌细胞株Tca8113的细胞表面没有4种TRAIL受体的表达,而肺癌细胞株AS49-DDP细胞表面的TRAILR2表达较多,白血病人来源的白细胞4种受体都有表达。结论:研制的TRAIL受体微阵列生物传感器检测系统可以有效地同时检测各种细胞表面的4种TRAIL受体,为进一步使用TRAIL治疗肿瘤提供基础资料。

亲和型生物传感器对TNF-α/sTNFR-I相互作用的研究

应用亲和型生物传感器—Asys生物传感器实时监测不同浓度的肿瘤坏死因子-α(TNF-α)与可溶性肿瘤坏死因子受体-I(sTNFR-I)的亲和反应过程,并应用FASTfit软件对数据进行分析。结果表明:sTNFR-I以2.25 ng/mm2的密度固定于样品池敏感基片表面,TNF-α可与其发生特异性、浓度依赖性亲和反应,应用FASTfit软件进行数据拟合,并计算其反应的动力学常数,其反应符合二级动力学方程,结合速率常数kass=4.21×104L.mol-1.s-1,解离速率常数kd iss=2.12×10-2s-1,则解离平衡常数kD=5.05×10-7mol.L-1,结合平衡常数kA=1.99×106L.mol-1。应用IAsys传感器可实时监测结合和解离反应过程,操作简便、快速,是研究TNF-α和sTNFR相互作用动力学的有效方法。

膜蛋白的表达:在无细胞体系中实现功能性表达、折叠和组装

膜蛋白在人类和其他物种的生命活动中都起着至关重要的作用.在已完成测序的基因组中,膜蛋白占据30%.药物作用靶向位点、细胞之间的信号传递以及对外界环境的探测等功能,大多是通过生物膜上的特殊膜受体蛋白实现的.膜蛋白研究在工业、环境、国防、医学等领域具有重大意义.嗅觉受体蛋白是一类典型的膜蛋白,属于G蛋白偶联受体家族.嗅觉受体蛋白调控着生物的食物寻找、危险趋避和求偶行为.其主要分布于脊椎动物鼻腔和昆虫触角.嗅觉受体蛋白可以直接识别气味分子,将生物信号转化为电信号,最终传递至神经中枢,进而做出相关应答.膜蛋白的获取并不容易.天然组织中的膜蛋白含量太低不足以支撑学术研究.异源表达难以实现膜蛋白整合上膜,这给膜蛋白的结构和功能研究带来很大挑战.无细胞蛋白质合成系统是一个开放体系,且不依赖细胞活性,是体外表达蛋白质的有效方法.通过无细胞蛋白合成体系,在体外实现膜蛋白二聚体的自组装,将为膜蛋白研究带来全新突破.本文总结了用于无细胞表达的膜蛋白研究进展.

邻苯二甲酸酯类污染物雌激素结合活性筛查

以倏逝波光纤荧光生物传感器为平台,以邻苯二甲酸酯类(PAEs)污染物为靶标,优化了基于受体作用理论的生物传感分析技术,实现了PAEs雌激素结合活性的定性筛查。对7种典型邻苯二甲酸酯的雌激素结合活性测试结果为BBP>DBP>DIPP,其他4种物质几乎无雌激素结合活性,结果与文献广泛报道结论相一致,验证了所建立方法的准确性。在最优测试条件下,光纤传感界面可再生300次以上,为雌激素活性污染物的筛查提供了一种低成本、自动化方法。

基于鼠精细胞的味觉阻抗传感器用于苦味物质检测的研究

本文设计了一种基于雄鼠精细胞的细胞阻抗传感器用于苦味物质的特异性检测。雄鼠精细胞内含有大量T2Rs受体(G蛋白偶联受体)可以对苦味物质产生特异性响应,苦味受体被苦味物质激活后产生的响应会引起细胞形态骨架的变化,从而可以被细胞阻抗传感器检测。本文探索了实验的最佳细胞密度,检测了苯硫脲和奎宁两种常见的苦味物质的响应,苯硫脲检测范围为10μmol/L^200μmol/L,检出限为4μmol/L;奎宁检测范围为62.5μmol/L^1 000μmol/L,检出限为40μmol/L。传感器阻抗值增量与苦味物质浓度呈一定的线性相关性。此外,论文对该味觉传感器的特异性进行了测试分析,表明了基于细胞传感器的检测方法为代替动物和人的苦味测试提供了一种可能的新的手段。

G蛋白偶联雌激素受体在乳制品雌激素检测中的应用潜力

乳制品作为人们广泛消费的一种食品,其安全性备受关注。研究发现,乳制品中出现的高含量的天然雌激素和滥用或非法使用的合成雌激素可能导致人体内分泌失调,甚至诱发癌症。研究还发现,雌激素与G蛋白偶联雌激素受体(G-protein coupled estrogen receptor,GPER)互相作用来控制基于钙离子通道的快速非基因组途径,该途径有别于经典的核受体(雌激素受体(estrogen receptor,ER)α和ERβ)介导的基因组途径。本文阐述了GPER与雌激素以及乳制品中雌激素检测的关系,重点介绍了乳制品中雌激素生物学检测方法的研究进展,并对GPER在乳制品雌激素检测中的应用潜力进行了分析和展望。

基于苦味受体表达的多组织细胞传感器及其应用

非口腔组织中的苦味受体(TAS2Rs)可能成为相关疾病治疗的新靶点。该研究将表达有TAS2Rs的细胞作为敏感元件,根据其生理特性与不同的传感器耦合,探究了味觉受体异位表达及其在个性化药物筛选中的应用,构建了针对不同疾病模型的个性化药物筛选平台。首先,基于细胞阻抗传感器以及内源性表达TAS2R38受体的结肠癌细胞,开发了异硫氰酸酯类物质特异性药物筛选平台,求得苯硫脲的EC50为157.6μM;其次,结合微电极阵列检测系统,探究了TAS2Rs激动剂地芬尼多(5~160μM)和水杨苷(0.001~100μM)对心肌细胞收缩的抑制作用;此外,基于3D呼吸道平滑肌细胞(ASMCs)阵列,结合凝胶成像系统,探究了TAS2Rs激动剂桔皮素(20μM)对呼吸道平滑肌细胞的舒张作用。

适配体在受体和分子传感器中的应用研究进展

适配体是从随机寡核苷酸文库中筛选得到的一类可以结合特异靶分子的寡核苷酸序列,在生物医学中具有极其诱人的应用前景.与传统抗体相比,由于具有制备简便、易于修饰、稳定性好,以及结合目标物范围广等特点,适配体已广泛应用于生物传感器的开发,一方面可以用作敏感元件,用于实现对靶分子的识别和检测;另一方面,可以作为敏感元件与传感器件耦合的桥梁,提高耦合的效率.此外,近年来在基于适配体的生物传感器中引入各种纳米材料例如金属纳米颗粒、碳材料和功能性纳米球等也促进了基于适配体的生物传感器在分析性能和商业应用等方面的提升和改进.本文首先简要介绍了基于SELEX技术筛选适配体的方法,总结了适配体的基本特性;其次,详细概括和总结了适配体生物传感器的基本原理及其分类;随后,结合近年来基于适配体的生物传感器领域的最新研究成果,重点介绍了适配体在生物传感器开发中的应用,主要包括在仿生嗅觉与味觉受体传感器方面的应用以及在检测小分子物质和蛋白质的应用;最后,对适配体在生物传感器中的应用面临的问题及其发展趋势进行了分析和展望.

嗅感觉细胞及其应用于嗅觉传感器的研究进展

嗅觉器官是生物体的重要感官之一。鉴于其简单、古老的特性,嗅觉系统可作为研究神经信息处理、生物进化两大课题的很好的突破口。工程应用方面,模仿嗅觉机制研制的嗅觉传感器在环境监测、食品品质鉴定中有广泛应用前景。本文首先介绍了嗅感觉细胞(ORNs)的形态和结构以及ORNs中气味信号的转导途径。然后总结了ORNs编码气味信号的研究成果,讨论了近些年发现的ORNs对机械刺激的响应这一特性对编码的作用。最后介绍了近年来利用ORNs/嗅觉受体作为气味感知元件构建嗅觉传感器的研究,并结合我们目前基于ORNs的嗅觉传感器的工作,提出了嗅觉传感器下一步发展的方向。