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
金离子（Au(I)）、镉离子（Cd(II)）、汞离子（Hg(II)）、砷（As(III)/As(V)）、BTEX（苯、甲苯、乙苯、二甲苯）、二硝基甲苯（DNT）、水杨酸（salicylate）、酰基高丝氨酸内酯（AHL）、TNT；样品基质：环境水样、饮用水、金矿周边样品、微生物培养物、植物组织
检测原理
全细胞细菌生物传感器以工程化细菌为换能器。识别蛋白（MerR、GolS、ArsR、LasR 等）在胞内或膜上结合金属离子、AHL 或有机污染物后发生构象变化，激活或抑制相应启动子；双组分系统则通过组氨酸激酶磷酸化响应调节子，改变靶基因转录。报告基因（GFP、sfGFP、lucFF）表达后产生荧光或生物发光，信号强度随分析物浓度呈剂量响应。群体感应 LuxR/LuxI、ArcAB 与 H2O2 光脉冲可构建振荡基因线路，使细胞群同步表达，降低异质性；pyocyanin 作为氧化还原底物可在微生物燃料电池中被氧化，产生电流；pyocin 则作为功能输出杀灭靶菌。
检测灵敏度
原文未报告具体 LOD、线性范围、灵敏度斜率或 R^2；仅定性提及 Au(I) 检测在纳摩尔范围（nanomolar range）。
效应效果
综述强调合成生物学改造可提升选择性、灵敏度、响应速度和背景控制。GolS 金传感器对 Cu(I)、Ag(I) 干扰小，可在纳摩尔范围检测 Au(I)；定向进化 MerR 获得 Cd(II) 选择性并降低 Hg、Zn 响应；toggle switch 电路降低背景荧光并加快 Cd(II) 响应；振荡阵列通过同步荧光脉冲降低细胞间异质性。pyocyanin 输出可接入 MFC 实现连续自供电监测，pyocin 输出可杀灭 P. aeruginosa，植物合成通路可监测 TNT 或核糖。原文未报告 RSD、实际样品回收率或与 ELISA/HPLC/qPCR 的定量对比。
传感器的构成
- 宿主细胞/换能器：工程化大肠杆菌（E. coli）、沙门氏菌（Salmonella enterica）等全细胞，承载遗传线路并作为生物换能器
- 识别元件：转录调控蛋白 MerR、CueR、GolS、ArsR、LasR、XylR、DntR 及双组分系统 PhoR/PhoB，负责结合金属离子、AHL、BTEX 等信号
- 转导元件：启动子/操纵子 PgolB、Pmer、PcadR、ParsR、PluxR、PluxI、Ptac 等，将识别事件转换为报告基因转录
- 报告/输出元件：GFP、sfGFP、荧光素酶 lucFF、pyocyanin、pyocin，产生荧光、生物发光、氧化还原底物或杀菌效应
- 同步/放大模块：群体感应 LuxR/LuxI、ArcAB 双组分系统、H2O2 光脉冲和 toggle switch（LacIq/Ptac），用于同步表达、降低背景和异质性
- 电化学读出界面：微生物燃料电池（MFC）电极与氧化还原底物 pyocyanin，用于将代谢产物氧化为电流
中文摘要
细菌信号响应调控回路可作为设计全细胞细菌生物传感器的平台，用于报告环境毒性物质。本文综述了将合成生物学概念引入生物传感器设计后，新一代细菌生物传感器在性能和应用范围上的进展。作者围绕转录调控型生物传感器的信号检测模块、转导模块和输出模块，讨论了位点定向突变、定向进化、结构域交换和基因线路重连等策略如何提升信号识别选择性、降低检测阈值、加快响应并减少报告细胞间的异质性。综述涵盖金属离子（如 Au(I)、Cd(II)、Hg(II)、As）、BTEX、二硝基甲苯、水杨酸、酰基高丝氨酸内酯等分析物，以及 GFP、荧光素酶、pyocyanin、pyocin 等输出。通过群体感应、振荡基因线路、双组分系统和电化学输出等设计，细菌生物传感器可从毒性监测、生物修复扩展到在线监测、自供电检测和靶向杀菌等应用。
英文摘要
Bacterial signal-responsive regulatory circuits have been employed as platform to design and construct whole-cell bacterial biosensors for reporting toxicity. A new generation of biosensors with improved performance and a wide application range has emerged after the application of synthetic biology concepts to biosensor design. Site-directed mutagenesis, directed evolution and domain swapping were applied to upgrade signal detection or to create novel sensor modules. Rewiring of the genetic circuits allows improving the determinations and reduces the heterogeneity of the response between individual reporter cells. Moreover, the assembly of natural or engineered modules to biosensor platforms provides innovative outputs, expanding the range of application of these devises, from monitoring toxics and bioremediation to killing targeted cells.