工程化改造嗅觉受体传感器打开废水监测新思路

近日 ， 汉王科技智能感知实验室 在国际期刊Sensing and Bio-Sensing Research上发表题为

Engineering an olfactory biosensor for preferential monitoring medium-chain fatty acids in wastewater

该研究基于人类嗅觉受体OR51L1，通过蛋白质工程改造构建了一种高灵敏、高选择性的仿生嗅觉传感器，成功实现了对废水中中链脂肪酸（ 戊酸、 己酸、庚酸）的实时、快速监测。中链脂肪酸，是废水中一类具有“双重身份”的化合物：它们既是引发恶臭的环境污染物，也是合成生物燃料与高附加值化学品的关键前体。实时、精准监测这类物质，不仅关乎水质安全与污染控制，也直接影响废水资源化回收的效益。传统检测方法如GC-MS、HPLC虽精准但操作复杂、成本高，难以满足现场快速监测需求。本研究利用嗅觉受体天然的高选择性与可工程化特性，结合结构导向的突变设计，显著提升了受体对中链脂肪酸的响应性能，为废水质量监测与资源回收提供了全新的生物传感解决方案。

研究 亮点

• 基于人类嗅觉受体OR51L1开发出仿生嗅觉传感器

• 通过单点突变T161A显著提升对C5–C7中链脂肪酸的响应效能

• 传感器在模拟废水中表现出 低检出限、宽动态范围 、强抗干扰性与良好重现性

• 分子对接与动力学模拟揭示了突变增强结合能力的结构机制

• 为环境中痕量污染物监测提供了一种 便捷 、 高效、 低成本、实时的新型检测平台

研究结论

1. 嗅觉受体OR51L1对中链脂肪酸具有天然响应偏好 ：实验表明，野生型OR51L1对戊酸（C5）和己酸（C6）具有显著激活效应，而对更短或更长链脂肪酸 几乎不响应 ，这为其作为中链脂肪酸 特异 传感器 的研发 奠定了基础。

2. 工程化突变T161A扩展检测范围 并显著提升响应效能 ：通过结构引导的定点突变，获得OR51L1 (T161A) 突变体，其不仅增强了对C5–C6的响应，还获得了对庚酸（C7）的检测能力，实现了对C5–C7中链脂肪酸的全面覆盖。

3. 传感器在实际废水环境中表现稳定可靠 ：在模拟废水体系中，该传感器对己酸的检测限低至25 μM，在50 μM–3 mM范围内响应稳定，且对常见干扰物（如其他脂肪酸、金属离子、表面活性剂）表现出强抗干扰能力，重复测试变异系数低于6%。

4. 结构模拟揭示突变增强机制 ：分子动力学模拟与结合自由能计算表明，T161A突变通过优化结合口袋的疏水环境、减少空间位阻，增强了受体与中链脂肪酸的相互作用，从而提升了传感性能。

图文摘要

该研究不仅开发出一款适用于废水监测的新型仿生传感器，更展示了一种基于嗅觉受体的生物传感平台构建策略。未来，通过集成多种工程化受体，可构建传感器阵列，实现更广谱污染物的同步监测，推动环境监测向智能化、便携化、实时化方向发展。

https://doi.org/10.1016/j.sbsr.2025.100943

制版人：十一

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