组成图示
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传感器类型
综述或非传感器论文
检测对象
光（light）、温度（temperature）、pH、氧气（O2）、渗透压（osmolarity）、群体信号（acyl-homoserine lactone, AHL）、天冬氨酸（aspartate）、麦芽糖（maltose）、茶碱（theophylline）、甲羟戊酸（mevalonate）、乙酰磷酸（acetyl phosphate, ACP）等；样品基质为微生物培养液、细胞内或培养基。
检测原理
细胞生物传感器通常由宿主细胞表达感知模块构成。当环境信号（光、温度、氧、渗透压）或化学物（天冬氨酸、麦芽糖、茶碱、代谢物）与感知域结合时，引起构象变化或组氨酸激酶（HK）磷酸化状态改变；磷酸基团转移至响应调节蛋白（RR）或代谢物响应转录因子（MTF）改变其 DNA 结合活性，核糖开关/适配体则通过 RNA 构象变化暴露反义序列。上述分子事件调控启动子驱动的基因表达或荧光蛋白 FRET，使 GFP、CFP-YFP、lacZ 等报告信号随被测物浓度变化。遗传开关、双组分级联和启动子逻辑门可提供信号放大与记忆，实现通路基因动态调控。
检测灵敏度
原文未报告 LOD、线性范围、灵敏度斜率或相关系数。
效应效果
作为综述，该文未报告统一 LOD、RSD、回收率或稳定性数据。文中提到 E. coli 双组分渗透压传感器在 38 种化学刺激中识别 13 种，并产生独特激活模式；甲羟戊酸营养缺陷型传感器可用于 96 孔板高通量筛选；NRI 间接葡萄糖传感器调控 lycopene 合成显著提高产量；遗传开关可记忆 DNA 损伤或群体信号并输出 GFP/生物膜。作者强调细胞生物传感器可动态平衡代谢、减少蛋白过度表达和中间体毒性积累，但指出胞内代谢物传感器仍有限，且双组分系统存在串扰与设计难度。
传感器的构成
- 基底/宿主细胞：大肠杆菌（E. coli）等微生物宿主，作为基因表达与信号转导平台。
- 感知模块：双组分系统（two-component system, TCS，如 EnvZ-OmpR、FixL-FixJ）或趋化通路（Tar-CheW-CheA-CheY），负责接收信号并磷酸化响应调节蛋白。
- 识别元件：LOV 蓝光感知域（YtvA）、光敏色素（Cph1）、周质结合蛋白（PBP，如麦芽糖结合蛋白）或核糖开关/适配体（theophylline-responsive aptamer），特异性识别光、胞外化学物或胞内代谢物。
- 信号标记物：荧光蛋白（CFP/YFP/GFP）或报告基因（lacZ），用于将分子事件转换为可测荧光或颜色。
- 调控元件：代谢物响应转录因子（MTF，如 NRI）或响应调节蛋白（OmpR/FixJ），结合启动子（glnAp2/OmpR-dependent promoter）调控基因表达。
- 放大/记忆元件：遗传开关（genetic toggle switch）或核糖开关（riboswitch），可将瞬时信号转为持续表型或调控翻译。
- 读出层：荧光强度、颜色变化、生物膜形成或生长速率，作为传感器输出。
中文摘要
许多微生物宿主中的代谢通路已被构建、改造和工程化以生产有用分子，但最终化合物的滴度和产率常受细胞资源利用不足和代谢失衡限制。能够响应环境及细胞代谢状态并调控通路基因表达的感知-调控装置具有解决这些问题、提高产量和产率的潜力。本综述聚焦细胞生物传感器的设计进展及其在控制微生物行为中的应用。作者将细胞生物传感器定义为由宿主细胞产生信号并可被宿主细胞识别以调控自身或异源通路行为的传感器，不包括用于体外分析物检测的临床传感器和化学型生物传感器。综述按信号来源分为环境信号、胞外化学物和胞内化学物/代谢物三类，讨论双组分系统、趋化通路、周质结合蛋白、诱导型启动子、核糖开关/适配体、营养缺陷型菌株及代谢物响应转录因子等策略，并展望其在代谢工程中的动态调控应用。
英文摘要
Many metabolic pathways in microbial hosts have been created, modified and engineered to produce useful molecules. The titer and yield of a final compound is often limited by the inefficient use of cellular resources and imbalanced metabolism. Engineering sensory-regulation devices that regulate pathway gene expression in response to the environment and metabolic status of the cell have great potential to solve these problems, and enhance product titers and yields. This review will focus on recent developments in biosensor design, and their applications for controlling microbial behavior.