陕西科技大学：基于噬菌体的生物传感器，从识别到通过扩增策略增强的信号转导，用于检测食源性病原体

本综述由陕西科技大学李国梁教授团队完成，系统性地提出并解析了噬菌体生物传感器在食源性病原体检测中的新策略，聚焦于从“识别元件”到“信号转导”的全链条放大技术。综述构建了一个全新的分析框架，系统梳理了噬菌体生物传感器在食源性病原体检测中的应用。文章从检测靶标和标记物出发，详细阐述了如何通过信号放大策略来显著提升传感器的检测性能，并全面总结了基于不同信号输出模式的生物传感器设计及其在复杂食品基质中的应用。

研究亮点

颠覆性的“识别-信号”双放大视角：首次从检测靶标和信号放大策略两个维度，对噬菌体生物传感器进行了系统性重构和深度解析，超越了以往仅关注噬菌体本身修饰的局限。

全面的检测靶标图谱绘制：系统归类了噬菌体生物传感器可利用的检测标记，不仅包括传统的细菌表面受体，更涵盖了裂解释放的胞内酶（如 β-gal， CAT， ALP）、基因组DNA、ATP，甚至是具有生物扩增能力的子代噬菌体，为多靶标检测提供了新思路。

多维度的信号放大策略整合：深入探讨了磁性富集、光学材料、电活性物质及核酸扩增技术如何与噬菌体识别系统协同，通过物理、化学和生物手段实现信号的指数级增强。

活菌检测的卓越能力：强调了噬菌体作为识别元件的核心优势——能够特异性区分活菌和死菌，有效避免了传统 PCR 等方法因死菌 DNA 干扰而产生的“假阳性”结果，为食品安全精准监控提供了可靠工具。

POCT 实际应用的强大潜力：全面分析了基于比色、荧光、电化学等平台的噬菌体生物传感器在复杂真实样品中的应用，检测时间可缩短至30 分钟以内，检测限可达1 CFU/mL，展现了其在现场快速检测中的巨大前景。

研究背景

食源性病原体污染是全球公共卫生面临的严峻挑战，每年导致数亿人患病，数十万人死亡，并造成巨额经济损失。传统的“金标准”培养法耗时长、操作繁琐，无法满足现代食品安全监管对快速、精准、现场化检测的需求。虽然 PCR、免疫学等方法在一定程度上缩短了检测时间，但它们无法区分死菌和活菌，易受复杂基质干扰，且成本高昂。

噬菌体，作为一类特异性侵染细菌的病毒，因其独特的生物学特性——极高的宿主特异性、能够区分活菌/死菌、易于改造和成本低廉——成为构建新一代生物传感器的理想识别元件。然而，如何将噬菌体的识别事件高效地转换为可检测的、放大的信号，并实现多靶标 simultaneous 检测，是该领域面临的核心挑战。

陕西科技大学李国梁教授团队的这篇综述，正是针对这一难题，提出了一个创新性的解决框架。它不再局限于单一的噬菌体修饰，而是从整个信号传导路径出发，系统性地整合了新型检测标记物的挖掘与多级信号放大策略，为实现食源性病原体的超灵敏、高特异、快速检测开辟了新路径。

图文赏析

Fig. 2. Utilizing substances released by host bacteria as indirect detection markers.

Fig. 3. Signal amplification strategy based on fluorescent materials.

Fig. 4. Signal amplification strategy based on colorimetric materials.

Fig. 5. Electrochemical signal amplification strategy based on electrochemically active substances indicators.

Fig. 6. Design of phage-based fluorescent biosensors.

Fig. 7. Design of phage-based colorimetric biosensors.

Fig. 8. Design of phage-based bioluminescent biosensors.

Fig. 9. Design of phage-based electrochemical biosensors.

审核编辑 黄宇