康奈尔大学研究人员开发出一种工程化大肠杆菌，用作监测环境中砷的生物传感器。研究团队表示，该工作为一种潜在低成本的活体传感器提供了原理验证：细菌可在厌氧条件下记录短暂的砷暴露，将信息保存在遗传物质中，并允许在实验室开放空气条件下进行延迟读取。

研究人员指出，在有氧与厌氧条件下同时实现砷暴露的检测与记录，一直是其他类型砷生物传感器面临的难点。团队同时提到，该传感器所采用的机制未来有望扩展至其他细菌种类，并用于检测其他毒素。

论文第一作者、康奈尔大学达菲尔德工程学院土木与环境工程系Andrea Giometto实验室博士生Elisa Garabello表示，团队构建的是一种“整体细胞生物传感器”，即利用活体细胞作为装置，在环境中生长时可指示目标物质是否存在。Giometto为该研究通讯作者，论文发表于《应用与环境微生物学》（Applied and Environmental Microbiology）。

研究背景显示，稻米通常种植于灌水稻田，这类环境为厌氧条件。稻米会从淹水土壤和水体中吸收天然存在的砷；在厌氧条件下，砷会转化为更易被生物体吸收的可移动形态。研究人员指出，食用受污染稻米可能使人类暴露于砷，砷具有致癌性，并可能导致儿童发育问题；砷在东南亚稻田中尤为常见。

在该研究中，团队对大肠杆菌进行工程化改造，使其携带Cre重组酶。当细菌接触砷时，该酶会触发遗传变化。研究人员称，这些变化发生在质粒（细菌的胞外染色体DNA）上的DNA中，即便目标污染物被移除，相关信号仍可在大肠杆菌中稳定检测长达12代，从而形成可追溯记录。此外，当细菌DNA发生重组时，荧光蛋白会发光，便于后续识别。

实验方面，研究团队借助共同作者、达菲尔德工程学院土木与环境工程系副教授Matthew Reid实验室的厌氧舱，在受控条件下将工程化大肠杆菌暴露于砷中两天。为测量反应，细菌样本随后在有氧条件下重新培养，并通过流式细胞仪快速检测单个细菌的荧光信号。

Giometto表示，团队可测量数十万个细胞，并识别出仅约100个发生重组的细胞，从而实现对极低纳摩尔级砷浓度的检测。

研究人员提到，利用酶改变DNA的生物传感器已在医疗领域有所开发，但在环境应用中相对少见。论文合著者还包括Reid实验室前博士生Hyun Yoon。