人类工业化进程实现了重金属的全球“再分布”，消除环境重金属如镉残留却是耗时耗资的大工程。镉环境污染及中毒防治已成为全球性的公共安全问题。运用生物学手段预警及治理环境重金属残留，可避免物理化学方法可能对环境造成的二次污染。本项目以微生物来源的镉、汞及铅抗性操纵系统为设计蓝本，通过合成生物学及代谢工程手段，构建系列人工重金属响应操纵子，并装配相应重组菌，来实现选择性响应镉的全细胞生物传感及生物吸附。具体来说，本项目通过镉响应启动子下游串联报告系统（如多色荧光蛋白和半乳糖苷酶）构建新型镉微生物多信号输出全细胞传感器，实现了有毒重金属镉的选择性生物指示。以大肠杆菌为底盘细胞成功重建了多个色素的生物合成途径，构建了多个可视化镉全细胞生物传感器，实现了环境镉污染的比色法检测，有望用于现场检测。通过开发细菌高效外膜展示系统，将镉特异性结合肽CdBD展示于工程菌外膜，构建镉全细胞吸附器，实现了有毒重金属镉的选择性生物驱除，有望用于宿主肠道镉暴露的生物吸附。本项目探索了系列工程菌在镉污染指示及治理、镉中毒诊断及防治方面的应用潜力。为通过合成生物学及代谢工程手段实现环境重金属污染指示、重金属中毒新型防治策略的开发提供了新思路。