合成生物学工具箱的发展使复杂生物合成通路的优化策略更加智能化。多基因通路可被划分为若干模块，并通过动态调控精细调节各模块表达，以适应细胞环境变化。为避免模块间干扰及宿主调控系统影响，前期工作开发了用于可调正交基因表达的 σ 因子工具箱。本文将该工具箱应用于大肠杆菌，正交表达并精细调节柚皮素（naringenin）异源生物合成通路。为...
为克服诱导剂添加和生物传感器等动态调控策略存在的毒性、成本与灵活性不足，本研究设计了一种光遗传双开关系统，用于提高聚羟基丁酸酯（PHB）产量。首先，通过优化核糖体结合位点（RBS），筛选出具有约10倍绿光激活与红光抑制动态范围的 RBS10–CcaS#10–CcaR 光感应/调控系统；随后，将其与经改造以降低串扰的蓝光激活 YF1–...
微生物可将廉价可再生底物转化为高价值代谢物，但代谢通路优化仍受复杂生物学限制。遗传编码生物传感器可检测代谢物浓度或环境变化，并将输入转化为可测量或可执行输出，为复杂通路优化提供调控与监测工具。本文综述转录因子（TF）和核酸类生物传感器在代谢工程动态调控与高产菌株筛选中的最新进展。TF 传感器在配体结合后发生构象变化，调控启动子结合，...
原核转录因子可被重新用作精确化学测量与调控的分析及合成工具。单萜是一类在食品、化妆品、香料和医药领域具有重要商业价值的化合物，但因其缺乏发色团且同分异构体难以区分，尤其难以在细胞内快速定量。本文以假单胞菌 Pseudomonas putida 中响应樟脑的 TetR 家族转录调控因子 CamR 为平台，通过定向进化扩展其效应物特异性...
叶绿体与线粒体之间依赖碳骨架、能量和还原当量交换的通讯，对维持呼吸代谢和光合作用至关重要。本研究采用多转基因策略调控烟草叶片能量与氧化还原平衡，并利用荧光生物传感器 c-Peredox-mCherry 在活体内监测细胞质 NAD(H) 状态。策略包括过表达拟南芥叶绿体苹果酸阀转运蛋白 pOMT（AtpOMT1），反义敲低细胞质 NA...
乳酸是食品、农业、化妆品、医药和化工领域重要的平台化合物，也是生产可降解聚乳酸（PLA）的关键单体。本文综述了利用微生物发酵生产光学纯L-乳酸和D-乳酸的研究进展，重点讨论乳酸菌、芽孢杆菌目细菌、丝状真菌及代谢工程菌株在不同碳源上的发酵性能。文章评估了木质纤维素、甘油、C1气体和农食品工业副产物等替代底物的应用，以及非灭菌发酵、固定...
微生物可利用可再生原料、在较低能耗条件下生产高价值化学品，但合成途径给宿主带来代谢负担，常需化学诱导剂在细胞达到足够密度后启动基因表达。化学诱导启动子虽常用，却引入外源化合物并增加成本。作者开发了一种用于 D-甘油酸合成途径的表达控制系统，以半乳糖醛酸同时作为诱导剂和底物，从而无需外源化学诱导剂。该系统由半乳糖醛酸响应型转录因子生物...
苹果酸是三羧酸循环关键中间代谢物，在医药和食品中有重要用途，但微生物合成法仍处于早期阶段。代谢工程中的关键问题之一是苹果酸动态且细微的变化难以检测，亟需直接、精确检测微生物代谢中苹果酸的技术，以支持工程菌株高通量筛选。本研究在地衣芽孢杆菌中构建了响应苹果酸的遗传编码生物传感器。首先鉴定关键调控子 MalR 及传感器作用位点，随后通过...
随着输血需求增加，从可持续来源生产人血红蛋白（Hb）受到关注。微生物生产可提供廉价、安全且可靠的来源。为进一步提高酿酒酵母 Saccharomyces cerevisiae 中人血红蛋白产量，作者通过多种策略降低 Hb 及其辅基血红素的降解：删除编码血红素加氧酶的 HMX1、编码液泡蛋白酶受体的 VPS10、编码液泡蛋白酶 A 的 ...
L-肉碱是由 L-赖氨酸和 S-腺苷-L-甲硫氨酸衍生、参与真核生物长链脂肪酸转运的活性化合物，广泛用于医药、食品和饲料工业。原核生物中尚未发现天然 L-肉碱生物合成途径，真核微生物生产因培养复杂、滴度低而缺乏经济性。本研究对大肠杆菌进行代谢工程改造，以 L-肉碱生产为目标。作者鉴定并功能表达来自粗糙脉孢菌（Neurospora c...
生物加工是一种基于生物催化的技术，已在工业制造中广泛应用，但低生物转化率、低生产力和高成本仍是主要限制。本文综述了近年来开发新型生物催化剂以应对上述挑战的策略。首先讨论蛋白质工程策略，包括定向进化、随机突变、定点突变、从头设计、融合伴侣、分泌表达和启动子工程等，用于提高酶的活性、稳定性、溶解度和表达水平。随后总结代谢工程策略，如基因...
大肠杆菌中 L-色氨酸（L-Trp）生产长期依赖随机诱变与筛选，但所得菌株遗传背景不清。本研究将细胞内 L-Trp 生物传感器与流式细胞分选（FACS）结合，在大肠杆菌中筛选获得 L-Trp 高产株 TPD5，并系统阐明其过量生产的遗传基础。全基因组测序鉴定出多个突变，其中影响最显著的正向突变包括 TnaA 缺失、AroG S211...
当前，许多一次性不可降解塑料对生命构成威胁，聚羟基脂肪酸酯（PHA）生物聚合物已在生物塑料产业中开发以替代石化塑料。聚(3-羟基丙酸酯)（poly(3HP)）是一种新型生物材料，具有生物相容性、可生物降解性，并可通过工程菌株高产合成。目前，已开发多种基于生物聚合物的功能复合材料，以提高廉价来源微生物生物聚合物的价值。本综述广泛介绍 ...
在酵母中合成天然产物已借助密集的代谢工程努力取得显著进展。特别是用于基因回路动态控制的转录因子（TF）生物传感器，可促进天然产物合成中的菌株评价、高通量筛选（HTS）和适应性实验室进化（ALE）。本综述总结了针对天然产物合成核心中间体的若干 TF 生物传感器的最新进展，这些中间体涉及三条重要途径，即脂肪酸合成途径、莽草酸途径以及甲基...
天然产物及其衍生物具有丰富化学与生物多样性，但传统工程化改造其生物合成通路以提高产量和获取非天然衍生物，需要精确理解酶促过程。基于变构转录因子（allosteric transcription factor, aTF）的高通量筛选平台可克服筛选瓶颈，用于在大量通路/菌株变异体中搜索。本文描述工程化变构转录因子生物传感器的开发与应用，...
合成生物学使重组微生物能够生产用于医药、食品和材料的小分子。产物分泌可降低分离纯化成本，但由于对转运蛋白功能理解有限，工程化改造具有挑战性。本文描述了一种全基因组转运体敲除方法，结合代谢物生物传感器，可在酿酒酵母中鉴定影响特定目标代谢物生产的转运体。作者将该方法应用于外源化合物顺,顺-粘康酸（CCM）、原儿茶酸（PCA）和甜菜红素的...
代谢工程是合成高价值化合物的有前景策略，但代谢失衡和毒性中间体常限制细胞生长与产量。基于转录因子的生物传感器可动态调控基因表达，缓解代谢负担，并用于高通量筛选。本文工程化了枯草芽孢杆菌中对香豆酸响应调控子 PadR，构建并优化了 PadR-PpadC 生物传感器系统。研究发现，此前未充分表征的 yveF 和 yveG 两个组分对 P...
L-精氨酸是一种重要的半必需氨基酸，广泛应用于食品和医药领域。目前，L-精氨酸生产主要依赖以可再生碳源为底物、成本低廉、绿色可持续的微生物发酵。为提高发酵产量，研究者采用多种代谢工程策略，为降低 L-精氨酸生产成本提供了有效途径。本综述总结了优化 L-精氨酸生产菌株的分子生物学策略最新进展，包括操纵主要代谢途径、调控碳代谢途径、改善...
烷烃类生物燃料因性质接近石油基交通燃料而具有商业生产价值，但通过工程微生物高效生产烷烃仍具挑战。代谢工程常结合进化工程与高通量筛选工具，包括代谢物生物传感器，以识别高产细胞。将酿酒酵母工程化生产烷烃可借助烷烃响应生物传感器，其可能来源于已知烷烃同化酵母解脂耶氏酵母（Yarrowia lipolytica）的天然烷烃感应系统。该系统至...
D-葡萄糖酸（GA）是由生物质生产的增值化学品，可作为通用平台化学品、食品添加剂、金属螯合剂和治疗剂。目前市售GA主要采用化学法生产，但需求增长推动开发更环保、高效的生产方法。基于细胞生产GA是一种替代策略。研究者已将多条GA合成途径分别导入大肠杆菌、酿酒酵母和毕赤酵母，工程菌表现出从头合成GA的能力。通过优化宿主细胞中的GA代谢途...