石油作为一个国家重要的能源物质,对保障国家经济、社会发展以及国防安全有着不可估量的作用。但石油开发和利用过程中一系列的环境问题也不得不引起我们的重视。石油中的烃类污染物进入大自然的循环系统,污染土壤、水产品和农产品等,通过食物链富集于人体中,诱发抑制性神经递质γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid,GABA）的浓度变化,造成相关疾病的发生。有效的解决石油烃类物质的危害,需要从以下两个方面进行深入研究:一是进一步发展石油污染的修复技术,实现高效、环保的修复和治理石油污染物;二是加强对石油污染物的致病机制研究,为预防和早期治疗相关疾病打下基础。首先,本课题基于荧光共振能量转移（Fluorescence resonance energy transfer,FRET）技术设计了针对GABA的探针VFT1。这一探针的结构包括了GABA的配体结合区（VFT）,linker序列和ECFP/Ypet荧光蛋白对序列。利用亚克隆技术构建了适合在大肠杆菌中表达的重组质粒,通过琼脂糖凝胶电泳和测序验证了重组质粒的大小。并将重组质粒转导至大肠杆菌中表达出探针蛋白,采用镍基质亲和层析法纯化了探针蛋白。通过蛋白质免疫印迹（Western blot）结果验证了表达纯化的蛋白探针大小,荧光光谱实验验证了蛋白形式探针的功能和动态响应能力。该探针蛋白能于体外对GABA以及GABA激动剂巴氯芬（Baclofen,Bac）产生一定程度的响应。然后,以进一步发展和推广石油污染的微生物修复技术为目标,针对微生物修复技术中菌种筛选复杂的问题,建立快速筛选和评价石油降解菌性能的工具。构建了适合在大肠杆菌和枯草杆菌表达的重组质粒。表达VFT1探针在大肠杆菌和枯草芽孢杆菌活体细胞中监测到了GABA信号,此外,通过检测细菌代谢环境响应因子GABA的浓度变化评价了大肠杆菌和枯草芽孢杆菌对不同环境模型（酸性、碱性和盐环境）的适应性。VFT1探针从细菌代谢活性方面评价了菌种的环境适应性,相较于传统的菌种数量等筛选方式,提供了一种更精准的评价工具。接着,由于GABA是重要的抑制性神经递质,与石油污染物多环芳烃（Polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs）的神经毒性和神经发育毒性的致病机制有着密切联系。所以监测组织中GABA浓度和分布的变化具有重要意义。将基于FRET的GABA探针孵育脑切片和视网膜切片,检测到CA1区和视网膜中GABA的释放。在苯并芘染毒的海马组织模型中监测了GABA的释放,探究苯并芘对海马组织中GABA释放浓度的影响。VFT1探针能以蛋白形式在组织切片中监测到GABA的浓度和分布,可用于体外评价GABA的释放,为探究PAHs的致病机制以及相关疾病的预防打下基础。最后,为了更进一步实现活细胞内实时监测细胞GABA信号,我们还构建了基于单荧光的GABA探针GABA-SFP,并对该探针在细胞膜上的表达及功能进行评价。研究开发了针对GABA的遗传编码单荧光探针,这将有利于探索PAHs对GABA浓度和分布的影响,为研究PAHs具体致病机制,相关预防和治疗药物的研发打下基础。综上所述,本论文围绕GABA研发了两款基于荧光蛋白的生物探针VFT1和GABASFP,为石油污染修复中菌种快速筛选评价和石油污染物PAHs致病机制研究提供了研究工具。我们分析GABA受体和荧光蛋白的基因序列,利用亚克隆技术构建重组质粒,通过目的蛋白表达、荧光光谱检测、FRET成像等方式验证了探针性能,制备出能在体内、体外稳定表达成像的GABA探针,并应用于不同环境模型中评价了大肠杆菌和枯草杆菌的代谢活性,成功于组织切片中监测到了GABA信号的释放。为石油降解菌性能快速筛选评价、探究PAHs暴露的致病机制以及相关预防和早期药物疗效评价提供新的研究思路。