工程细菌防霉系统
基于合成生物学的智能防霉解决方案
项目背景
霉菌污染在中国具有显著的普遍性：南方地区梅雨季和回南天导致墙壁、衣物大面积霉变，已成为居民生活的常态困扰；而北方冬季供暖期室内外温差大，窗框墙角凝露发霉的现象同样普遍。学生宿舍、出租屋等人员密集、通风受限的场所，更是霉菌滋生的"重灾区"。
室内霉菌对人体健康的危害常被低估。近十几年，越来越多的研究认为，伴随潮湿而生的霉菌可能通过 3 种机制伤害人体健康：异常的免疫反应（例如过敏）、直接感染、霉菌副产物的毒性刺激。
2004 年，美国医学研究所（IOM）发现，在健康人群中，室内接触霉菌与上呼吸道症状、咳嗽和喘息有关。近几年的病理学研究发现，霉菌产生的孢子和酶等，可能会通过劫持肺部细胞，破坏细胞链接等方式，对呼吸系统产生伤害。没什么花粉的夏季，霉菌是导致过敏的主要因素之一。
霉菌会释放霉菌毒素，被世卫组织列为一类致癌物，不仅降低免疫力、引发鼻炎哮喘等过敏症状，还会直接影响神经系统，导致抑郁、焦虑、脑雾、失眠等多种精神心理问题。
现有解决方案的挑战
目前市场上主流的化学除霉剂存在显著缺陷
安全性隐患突出
次氯酸钠类产品在使用过程中会释放刺激性氯气，人体吸入后可引起咳嗽、胸闷、咽喉疼痛等急性呼吸道症状。市售部分化学除霉剂为追求杀菌效果和保质期，会添加甲醛释放型防腐剂，长期在密闭空间使用可能导致室内甲醛浓度累积，带来健康隐患。部分产品 pH 值高达 12-14，皮肤接触可导致化学灼伤，使用时必须佩戴手套口罩，操作不便。
效果短暂且治标不本
化学除霉剂仅能漂白或溶解表面霉斑，无法渗透墙体内部杀灭菌丝。实验表明，使用化学除霉剂处理的墙体，在湿度适宜的条件下，数周内霉斑复发率高。这意味着消费者需要反复购买、频繁使用，不仅增加经济负担，也导致更多化学物质进入室内环境。
环境污染不可忽视
除霉剂中的化学成分随清洗废水进入下水道，对水生生态系统造成潜在威胁。季铵盐类化合物在环境中难以降解，长期残留可能诱导微生物产生抗药性。
我们的解决方案
本系统构建于荧光假单胞菌中，由感应模块、治疗模块、吸附释放模块及自杀模块四部分构成，形成一个具有环境响应性、可控释放及生物安全保障的工程化闭环系统。面对现有产品的种种局限，市场迫切需要一种使用便捷、安全无毒、环境友好的新型防霉方案。理想的替代产品应满足以下核心需求：无需防护措施即可日常使用，不释放刺激性气味，对儿童、老人及敏感人群友好；不仅清除表面霉斑，更能持续抑制霉菌再生，实现长效防护；成分安全环保，使用后不造成二次污染。
感应模块
AND 逻辑门治疗模块
dsRNA 干扰装载模块
OMV 包装自杀模块
生物安全
感应模块：双输入 AND 逻辑门
系统采用 CRISPR-Cas9 技术构建双信号 AND 逻辑控制回路，仅在"IPTG 存在"且"环境中存在真菌挥发性有机物（VOCs）"时启动下游表达。
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IPTG 响应路径 lacI 持续表达并抑制 Plac 启动子；当外源添加 IPTG 时，IPTG 与 LacI 结合，解除对 Plac 的抑制；Plac 启动 sgRNA 表达。
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真菌信号响应路径 grpe 启动子（BBa_K338001）可感应真菌分泌的挥发性有机物；当检测到真菌信号时，PgprE 启动 cas9 表达。
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AND 逻辑实现机制 sgRNA 与 Cas9 同时存在时形成活性 CRISPR 复合物；该复合物靶向切割 NLPI 基因；NLPI 被敲除后，解除对 OMV 形成的抑制；细胞开始大量分泌外膜囊泡（OMVs）。仅当 IPTG 存在并且真菌信号存在，系统才启动 OMV 释放，实现 AND 门逻辑控制。
治疗模块：dsRNA 干扰系统
治疗模块在 T7 启动子驱动下表达两段目标 dsRNA，同时设计三段终止子，提高转录终止效率，实现"抑制生长 + 阻断传播"的双靶点干扰策略。
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tubA（编码 α-微管蛋白） tubA 基因是 α-微管蛋白的编码基因，微管是构成细胞骨架的关键成分，贯穿真菌生长全过程。
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brlA（真菌分生孢子发育主调控因子） brlA 是真菌无性分生孢子发育的主转录调控因子，其功能贯穿真菌孢子形成的全过程，不仅调控孢子产生的数量，还影响孢子的发育阶段和形态。
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双靶点协同作用 两种 dsRNA 共同作用，实现"抑制生长 + 阻断传播"的双靶点干扰策略，增强治疗效果。
吸附与装载模块：dsRNA 高效包装
为了提高 dsRNA 在 OMVs 中的装载效率，同时提高 dsRNA 的环境稳定性，采用特异性的融合蛋白系统。
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stpA/RNAseⅢ dsRNA-binding domain 采用 stpA/RNAseⅢ dsRNA-binding domain (dsRBD) 结合 dsRNA，提高 dsRNA 的稳定性和装载效率。
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OprF 融合表达 通过 linker 与 OprF 蛋白融合表达，OprF 定位于 OMVs，可引导 dsRNA 向 OMVs 装载。
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高效装载机制 OprF 作为假单胞菌外膜蛋白的功能性锚定蛋白，对 dsRNA 向外膜囊泡包装装载起关键作用。
自杀模块：生物安全控制
为防止工程菌失控扩散，构建损伤响应型自杀系统，确保系统的生物安全性。
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recA 启动子（BBa_K629001） recA 启动子在紫外线或 DNA 损伤下被激活，是 DNA 损伤响应感应器的启动子，接收损伤信号后启动自杀模块。
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MazF（BBa_K1096002）表达 启动下游 MazF 表达，MazF 为 ACA 序列特异性 mRNA 内切酶，大规模切割细胞内 mRNA。
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细胞死亡机制 MazF 大规模切割 mRNA，抑制蛋白合成并导致细胞死亡，防止工程菌失控扩散，实现工程菌的可控自毁。
元件与基序数据库
系统包含 9 个关键基因元件，涵盖启动子、编码序列和调控因子