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...
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。...
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...
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...
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...
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...
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...
工程微生物如益生菌大肠杆菌 Nissle 1917（EcN）为在胃肠道中感知并调节代谢物或治疗物浓度提供了策略。本文提出利用实现负反馈的遗传回路调控 EcN 中抑郁症相关代谢物 γ-氨基丁酸（GABA）的产生。作者通过过表达大肠杆菌谷氨酸脱羧酶 GadB 使 EcN 产生 GABA，并应用细胞内 GABA 生物传感器筛选改善 GAB...
近期生物传感器研究有望实现大基因文库高通量筛选，但生理限制和机制知识不足会阻碍微生物系统高滴度，也影响生物传感器应用。本文表征了先前开发的基于转录因子 ExuR 的半乳糖醛酸生物传感器对其另一配体葡萄糖醛酸的响应。在受控理想条件下，该传感器对葡萄糖醛酸表现出理想响应；但在将其应用于不同 myo-肌醇加氧酶（MIOX）同源物时，响应出...
戊内酰胺是制造高价值尼龙-5和尼龙-6,5的单体。然而，戊内酰胺的生物合成受限于将5-氨基戊酸环化为戊内酰胺的酶效率不足。本研究构建了携带戊内酰胺合成途径的谷氨酸棒杆菌：来自铜绿假单胞菌的DavAB将L-赖氨酸转化为5-氨基戊酸，来自丙酸梭菌的β-丙氨酸CoA转移酶Act将5-氨基戊酸转化为戊内酰胺。大部分L-赖氨酸转化为5-氨基戊...
血红素在医药和食品领域应用广泛，但其生物合成受多基因表达水平、复杂调控机制和酶活性低等因素限制。本文报道了一种基于血红素响应蛋白 HrtR 的血红素生物传感器引导筛选策略：将 HrtR 的 DNA 结合位点 HrtO 置于四环素外排基因 tcR 上游，使大肠杆菌胞内血红素浓度与四环素抗性/细胞存活建立可定量联系。利用该体系，从随机核...
丙二酰辅酶A（malonyl-CoA）是由乙酰辅酶A羧化酶（ACC）催化、ATP依赖羧化乙酰辅酶A形成的高能分子，是黄酮类、多酮类和脂肪酸等生物技术产物的重要前体。酿酒酵母是常用细胞工厂，但其 malonyl-CoA 生产能力低于油菌。作者构建了携带条件性 ACC1 等位基因的酿酒酵母菌株，用于测试异源 ACC 基因的互补能力。解脂...
微生物细胞内源代谢通路通常由精密调控网络控制。然而，在微生物宿主中引入异源通路时，由于缺乏相应调控，常导致酶表达和碳流分布失衡，阻碍高效微生物生物合成系统构建。本研究以柚皮素为目标化合物，建立了自主级联人工动态（AutoCAD）调控系统，自动协调通路表达并重定向碳流，以提高柚皮素产量。该系统同时包含基于中间产物的前馈和基于产物的反馈...
基于代谢物响应转录因子的代谢物生物传感器是合成生物学中用于感知和精确调控细胞代谢的关键元件。此类传感器通常在实验室条件下设计，但实际部署时细胞生长速率可能与初始表征差异很大。本文研究生长速率如何影响生物传感器的最低输出、最高输出和动态范围等关键性能指标。作者以大肠杆菌中 LacI、TetR 和 FadR 基生物传感器为模型，发现不同...
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...
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...
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...
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...