山东大学微生物技术国家重点实验室王霞教授课题组长期致力于利用纳米材料和生物识别元件的协同作用进行医学诊断、环境污染物监测及食品安全检测等传感分析技术的开发研究。近期，王霞教授课题组在基于生物传感技术的抗幽门螺杆菌感染药物的快速筛选与构效分析方面取得系列研究成果，设计并构建三种不同的生物传感器实现了分别靶向H. pylori存活、定植与致病阶段的关键生物活性分子的抗H. pylori感染新药的筛选。相关研究成果有3篇学术论文在Biosensors & Bioelectronics（中科院1区，IF=12.545）和Sensors And Actuators B-Chemical（中科院1区，IF=9.221）期刊上发表，山东大学微生物技术国家重点实验室为上述论文的第一作者和通讯作者单位，2019级肖洒博士为上述论文的第一作者。本项研究工作获得了山东大学基础医学院李汶娟教授在幽门螺杆菌基因组及相关工作的支持与指导。

王霞教授课题组发表的题为“An efficient biosensor based on the synergistic catalysis ofHelicobacter pyloriurease b subunit and nanoplatinum for urease inhibitors screening and antagonistic mechanism analyzing”的研究论文，报道了以H. pylori抵抗胃酸环境的关键分子脲酶为生物识别元件的抗幽门螺杆菌感染药物的快速筛选传感器的构建研究。在异源表达H. pylori26695脲酶b亚基（H. pyloriurease b subunit，HPUb）的基础上，通过层层组装构建了HPUb/铂纳米颗粒（Platinum nanoparticles，Pt）/纳米多孔金（Nanoporous gold，NPG）/玻碳电极（Glassy carbon electrode，GCE）生物传感器。基于脲酶对尿素的专一性水解和Pt纳米颗粒对NH₃的高效电催化氧化的两步催化反应实现了尿素的检测和脲酶抑制剂的快速筛选。结果表明，所测化合物：乙酰氧肟酸（Acetohydroxamic acid，AHA）、甲基脲（methylurea）、乙酰胺（acetamide）、甲酰胺（formamide）及羟基脲（hydroxyurea）对HPUb的抑制常数分别为K_{i, AHA}= 5.0397mmol/L，K_{i, hydroxyurea}= 6.2012mmol/L，K_{i, methylurea}= 0.3038mmol/L，K_{i, acetamide}= 0.3866mmol/L，K_{i, formamide}= 2.4747mmol/L。这表明它们对HPUb的抑制强度顺序为：methylurea＞acetamide＞formamide＞AHA＞hydroxyurea。此外，通过分子对接模拟在氨基酸水平的相互作用分析揭示了抑制剂分子结构中的羰基和伯胺基以及HPUb活性口袋的GLY279、ASP362和ALA365在脲酶抑制中的重要作用。结合脲酶抑制剂的抑制常数以及脲酶抑制剂与HPUb的分子结合机制，可以推断基于尿素分子结构对其中一个伯胺基进行非极性长链修饰是高效竞争性脲酶抑制剂的发展方向。

王霞教授课题组发表的题为“A rapid anti-Helicobacter pyloribiofilm drug screening biosensor based on AlpB outer membrane protein and colloidal gold/nanoporous gold framework”的研究论文，报道了以形成H. pylori生物膜的重要组成部分AlpB外膜蛋白作为生物识别元件的抗生物膜药物筛选传感器的构建研究。基于AlpB的异源表达设计了一种新型AlpB/胶体金（Colloidal gold，CG）/NPG/Nafion-还原氧化石墨烯（Reduced graphene oxide，rGO）/GCE生物传感器。通过影响AlpB外膜蛋白的粘附性产生可检测的电信号。所制备的基于AlpB的生物传感器不仅成功识别了六种抗生物膜药物：S-(羧甲基)-L-半胱氨酸（S-(Carboxymethyl)-L-cysteine，SCC）、大蒜素（allicin）、姜黄素（curcumin）、红霉素（erythromycin）、利福平（rifampicin）及N-乙酰-L-半胱氨酸（N-Acetyl-L-Cysteine，NAC），还通过相互作用动力学分析评价了不同抗生物膜药物与AlpB结合的敏感性和作用强度。AlpB对六种抗生物膜药物的敏感性顺序为：allicin＞erythromycin＞SCC＞curcumin＞rifampicin＞NAC，六种抗生物膜药物对AlpB的作用强度为：rifampicin＞NAC＞allicin＞erythromycin＞SCC＞curcumin。此外，分子对接结果显示六种抗生物膜药物可能通过自发结合到AlpB蛋白的保守区以发挥抗生物膜作用。

王霞教授课题组发表的题为“The signal conversion strategy using the lytic transglycosylase Cag4-double nanoporous gold co-catalysis for the rapid screening of drugs againstHelicobacter pyloriinfection”的研究论文，报道了以维持H. pylori细胞毒素相关基因A（Cytotoxin-associated gene A，CagA）分泌的关键生物活性分子裂解转糖基酶Cag4为生物识别元件，构建了基于酶-无机共催化信号转化策略的Cag4/NPG/Nafion-rGO/NPG/GCE生物传感器用于Cag4变构调节剂的筛选。检测过程中，Cag4首先切割肽聚糖的N-乙酰葡糖胺（N-Acetyl-D-glucosamine，NAG）和N-乙酰胞壁酸（N-acetyl-β-D-muramic acid，NAM）之间的β-1,4糖苷键，释放出来的NAG随后被NPG电催化氧化从而产生响应电流。结果表明，壳聚糖（chitosan）或羧甲基壳聚糖（carboxymethyl chitosan）是一种非竞争与反竞争组合的混合型Cag4抑制剂。表观抑制常数分别为K_{i' chitosan}= 0.88909 mg/mL，K_{i' carboxymethyl chitosan}= 1.13480 mg/mL。同时，D-(+)-纤维二糖（D-(+)-cellobiose）显示出了降低Cag4催化裂解细胞壁的Ka值29.7%和显著提升Vmax值71.3%的激活效应。此外，分子对接揭示了以葡萄糖为主体结构的C₂取代基团的极性在Cag4变构调节剂中的重要性。

近年，王霞教授课题组在协同作用的生物传感检测平台构建及其应用于医学诊断、环境污染物监测及食品安全检测等领域取得了一系列高水平的研究成果，相关研究成果已在生物传感器领域Top期刊上Biosensors & Bioelectronics（中科院1区，IF=12.545）发表11篇学术论文，授权相关国家发明专利近10项。

论文连接：

1.https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0956566323002877

2.https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S095656632200639X

3.https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0925400521018529