L-异亮氨酸是畜禽必需支链氨基酸。本研究利用生物传感器辅助的大气与室温等离子体（ARTP）诱变，从谷氨酸棒杆菌 ATCC 13032 中筛选获得遗传稳定生产菌株 cgl-Ile0，5 L 发酵罐产量 11.52 g/L，得率 0.11 g/g，生产强度 0.24 g/L/h。全基因组重测序鉴定 aspBV346I、asdP27E、b...
3-甲基-1-丁醇（3MB，又称异戊醇）是新兴的生物基溶剂、平台化学品和高级生物燃料候选物，在化工、能源和消费品领域需求持续增长。微生物合成提供了替代石化路线的可持续途径，但受途径复杂性、副产物形成、氧化还原失衡和产品毒性限制，工业可行浓度仍具挑战。本综述系统总结微生物 3MB 生产的最新进展，包括宿主菌株与途径工程、原料多样化和发...
脂解耶氏酵母（Yarrowia lipolytica）是一种具有油积存能力的酵母，已成为可持续生产高价值营养保健品的重要细胞工厂。其固有代谢特征表现为向关键前体乙酰辅酶A（acetyl-CoA）的高通量，使其适合合成类胡萝卜素、黄酮类化合物和特色脂质等复杂分子。本综述总结了工程化脂解耶氏酵母细胞工厂的最新进展，重点讨论代谢工程与合成...
微藻具有光驱动生长、CO2固定和合成多种高价值化合物的能力，是循环生物经济中可持续细胞工厂。然而，工业应用受生物限制和传统遗传工具不足阻碍。CRISPR-Cas系统最初通过靶向DNA切割实现精确基因编辑。本综述认为，其真正变革潜力在于超越切割，将CRISPR作为多功能合成生物学“瑞士军刀”。文章综合了CRISPR衍生工具的快速演进，...
工程遗传电路处理复杂生物信号仍面临非正交信号响应导致的串扰与精确控制难题。本研究提出一种将正交运算放大器（OA）整合到标准化生物过程中的框架，用于高效分解和放大复杂信号。作者通过工程化 σ/anti-σ 正交对、调节核糖体结合位点（RBS）强度，并采用开环与闭环构型，设计了可扩展的 OA 电路，以提高遗传电路的精度、适应性和信噪比。...
甲基丙烯酸甲酯（MMA）是丙烯酸树脂的主要原料，其生物合成最有前景的路线是通过缬氨酸降解途径中间体甲基丙烯酰辅酶A（MAA-CoA）与甲醇缩合。由于 MAA-CoA 具有细胞毒性、稳定性差且异源途径酶活性低，该途径难以实现高效生产。为支持该途径及其酶的进化工程，作者构建了一种可高通量评估细胞内 MAA-CoA 水平的生物传感器系统。...
腐胺是生物基聚酰胺的重要单体，具有广阔工业应用前景。在以葡萄糖为唯一碳源的大肠杆菌腐胺发酵中，前体赖氨酸的利用与细胞毒性腐胺积累之间的协调不足，是限制高产的主要瓶颈。本研究在大肠杆菌中开发了一种赖氨酸生物传感器，用于动态调控腐胺合成。该传感器基于赖氨酸转运蛋白 LysP、转录激活因子 CadC 以及受 Pcad 启动子控制的 GFP...
精确而动态的转录调控是合成生物学构建稳健基因线路和可编程细胞系统的基础，但现有调控工具常受泄漏转录和可调性不足限制，尤其在高表达或复杂遗传背景下。本研究建立了一种 CRISPRi 辅助基因开关平台，将转录因子型生物传感器与 V-A 型 FnCas12a CRISPR 系统整合。该平台利用 FndCas12a 的 RNase 活性，直...
酿酒酵母中心碳代谢受到严格调控，且与所利用碳源紧密耦合，这给提高不同代谢通路通量的工程改造带来挑战。本研究提出一种模块化解除调控策略，以提高木糖经中心碳代谢的转化速率。作者采用多策略组合，包括启动子工程、转录因子操纵、生物传感器构建、异源酶引入和突变酶表达，在遗传和酶学水平对中心碳代谢的不同模块进行改造。研究首先构建并优化将乙酰辅酶...
丙二酰辅酶A（malonyl-CoA）是脂肪酸/醇、黄酮类化合物和多酮类等工业价值产物生物合成的主要前体，但其在多数微生物宿主中胞内含量有限，制约了相关化学品生产。为此，作者提出一种多水平优化工作流，利用现代代谢工程技术系统提高 Pseudomonas putida 中 malonyl-CoA 水平。该工作流包括通过基因组尺度模型和...
将异源代谢通路引入微生物细胞区室可提高酶浓度并减少与宿主通路的竞争，有利于生产脂肪酸和脂肪醇等复杂代谢物，但亚细胞区室中代谢物浓度的测定仍具技术挑战。本研究以3-羟基丙酸（3-HP）作为过氧化物体工程报告代谢物，在Komagataella phaffii中利用PTS1信号将丙二酰辅酶A还原酶（MCR）通路靶向过氧化物体，并在不同碳源...
当前塑料生产和消费路线因对气候变化和污染的影响而不可持续，需要对整个价值链进行改革。生物技术可通过可再生原料生产塑料单体，并促进塑料生命周期结束后的回收或升级利用。生物序列与设计空间复杂，需要高通量分析方法以支持合成生物学“设计—构建—测试—学习”（DBTL）迭代优化。此外，遗传调控工具可协调生物技术需求与所选生产宿主的生理限制。遗...
丙二酰辅酶A（malonyl-CoA）是微生物合成多酮类、羧酸、生物燃料和聚羟基烷酸酯等化合物的重要前体。由于代谢枢纽作用，其可用性受多条必需途径竞争限制。作者改造基因组缩减的铜绿假单胞菌（Pseudomonas putida）SEM11，通过增强乙酰辅酶A羧化并限制 malonyl-CoA 消耗来提高胞内水平。研究以特定组合敲除糖...
Cra（分解代谢物阻遏/激活蛋白）是一种全局性转录因子，在革兰氏阴性菌中通过调控碳利用与能量代谢相关基因转录发挥多效性作用。已有研究探讨了 Cra 的调控机制及其在代谢调控中的合理应用，但由于其调控网络复杂，如何高效利用 Cra 仍具挑战。本文综述了 Cra 的结构、作用机制及其在碳流和氮流中的调控功能，并重点介绍 Cra 在代谢工...
转录因子（TF）生物传感器是代谢工程中的有力工具，但适用于多种生物生产目标的 TF 生物传感器仍然有限。本研究对来自鼠伤寒沙门氏菌的 1,2-丙二醇（1,2-PD）响应转录激活因子 PocR 进行异源表征与工程化，以扩充现有生物传感器工具箱。在大肠杆菌中，PocR 的操作范围和动态范围显著受限，主要归因于缺乏 1,2-PD 诱导剂时...
葡萄糖酸（GA）是一种高附加值化学品，可用于食品添加剂、抗癌药物和聚合物等。GA 生物合成过程中存在天然的非遗传细胞间差异，培养体系中同时存在高产和低产细胞，低产细胞会浪费营养并降低生产效率；此外，myo-肌醇加氧酶（MIOX）是 GA 合成的关键限速酶，但稳定性和活性较低。为此，本研究基于 GA 生物传感器和四环素外排泵蛋白 Te...
针对癌症治疗中利用谷氨酰胺依赖性的需求，谷氨酰胺诊断可帮助追踪患者治疗反应，实现个性化剂量，以平衡疗效与副作用。现有临床谷氨酰胺检测依赖昂贵且复杂的实验室方法，难以频繁、个体化开展。为此，本研究通过遗传工程、代谢工程和工艺优化，开发了一种无细胞谷氨酰胺生物传感器，以克服先前无细胞检测中存在的背景信号和信噪比限制。作者构建了大肠杆菌B...
工程微生物如益生菌大肠杆菌 Nissle 1917（EcN）可用于感知并调节胃肠道中代谢物或药物浓度。本文提出利用实现负反馈的遗传回路调控 EcN 中抑郁相关代谢物 γ-氨基丁酸（GABA）的产生。作者通过过表达谷氨酸脱羧酶 GadB 使 EcN 产生 GABA，并应用细胞内 GABA 生物传感器筛选改善 GABA 生物合成的生长条...
邻氨基苯甲酸（ANT）及其衍生物是聚氨酯、染料和食品添加剂合成的重要基础化学品。目前 ANT 主要利用石油来源甲苯经化学法生产，但作为莽草酸途径中间体，也可通过生物技术获得。本研究对谷氨酸棒杆菌进行代谢工程，使其以葡萄糖和木糖混合物为碳源生产 ANT。首先引入来自大肠杆菌的反馈抗性 3-脱氧-D-阿拉伯庚糖酸-7-磷酸合酶基因 ar...
基因编码生物传感器对于增强分子如何调控生物系统的理解至关重要。小分子生物传感器尤其有助于理解化学物质与生物过程之间的相互作用，并通过提高筛选通量、消除传统化学分析所需的样品制备而加速代谢工程。此外，它们在细胞内分析物测量中提供显著更高的空间和时间分辨率。本综述讨论了代谢工程中生物传感器及基于生物传感器的控制系统——生物传感器控制器—...