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随着工业化的不断推进，人为活动引起的重金属等污染物的危害日益严重，建立一个快速高效的重金属监测体系成为人们迫切的需要。传统的化学监测方法虽然准确且灵敏度高，但是昂贵的测试费用和复杂的操作技术使其应用受到了很大的局限。微生物全细胞传感器具有对单一污染物或多种污染物的感应作用，当目标污染物存在时会诱导体内的报告基因表达产生可测量的信号，从而达到检测的目的，具有低成本、原位检测、可实现生物有效性检测等优点，但也存在着一些如灵敏度较低、对检测底物特异性不强等缺点。
本论文选取了大肠杆菌砷全细胞传感器做为研究对象，针对砷全细胞传感器对同主族元素锦也有一定响应的问题，对其调控蛋白ArsR进行了定向进化以提高对砷检测的特异性。为了在不影响菌体活性的前提下进行流式细胞仪的高通量筛选，首先将质粒载体的报告基因虫荧光素酶Luc换成了发光稳定且不需破坏细胞结构就可以实现检测的增强型绿色蛋白EGFP，又采用易错PCR技术在arsR基因中引入低频的突变，构建突变文库。筛选策略采用流式细胞仪结合全波长多功能酶标仪进行高通量筛选。首先利用流式细胞仪将砷诱导细胞正向筛选，即选出正常响应菌株，再将正向筛选出的菌株用锑诱导进行反向筛选，即选出对锑响应弱的菌株。接着采用多功能全波长酶标仪对筛选出的菌株做进一步的验证，这种筛选的新方法为全细胞传感器的定向进化提供了新的平台和思路。
经过筛选得到一株正向突变M1，其对砷的特异性响应较野生型有了提高。为了从分子水平上解释特异性的提高，利用了同源建模技术对蛋白的三级结构进行了初步的模拟，同时结合文献和实验的结果在模拟的三级结构上对关键的高度保守位点和突变位点进行了定位，并做了尝试性的解释。为以后的理性设计打下基础，然而由于ArsR蛋白的X衍射和核磁共振成像结构还未见报道，故该蛋白的结构和功能的联系还有待于进一步研究。