Recent advances in microbial 3-methyl-1-butanol production.
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...
10.3389/fbioe.2025.1673169
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...
Beyond Cutting: CRISPR-Driven Synthetic Biology Toolkit for Next-Generation Microalgal Metabolic Engineering.
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，...
Genetically encoded biosensors for the circular plastics bioeconomy.
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...
Insights into the regulatory mechanisms and application prospects of the transcription factor Cra.
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...
Metabolic engineering of Corynebacterium glutamicum for the production of anthranilate from glucose and xylose.
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...
State-of-the-art in engineering small molecule biosensors and their applications in metabolic engineering.
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—...
Biosensors in microalgae: A roadmap for new opportunities in synthetic biology and biotechnology.
从工程微生物合成大宗和高价值产品，通常可提供比化石或低效、不可持续自然资源更便宜、高效且可持续的替代方案。异养微藻如酵母和细菌已提供大量机会，一些光合微藻正作为有前景的自动光选项出现。微藻通过光合作用利用阳光和水生长，产生氧气并固定二氧化碳，具有可再生和可持续潜力。光合微藻高度异质且多样，许多类群通过不同路径进化并适应不同栖息地。作...
Application of Metabolite-Responsive Biosensors for Plant Natural Products Biosynthesis.
植物天然产物（PNPs）具有多种药理活性，在全球市场具有巨大潜力。与传统植物提取和化学合成相比，微生物细胞工厂（MCFs）为高价值 PNPs 的合成提供了经济、可持续的替代途径。然而，异源合成通路通常缺乏天然调控系统，会给宿主细胞带来额外代谢负担。为克服这一挑战，生物传感器被开发并工程化，作为构建人工调控网络、根据环境信号控制酶表达...
Real-Time Assessment of Intracellular Metabolites in Single Cells through RNA-Based Sensors.
特定细胞代谢物浓度的定量可反映生理与病理状态下代谢通路的实际利用情况，也是代谢工程中筛选细胞工厂的重要读出指标。然而，目前尚缺乏可直接在单细胞水平实时评估胞内代谢物水平的方法。近年来，天然细菌 RNA 核糖开关的模块化结构启发了遗传编码合成 RNA 器件的设计，这类 RNA 生物传感器可将胞内代谢物浓度转化为定量荧光信号。其通常由代...
Efficient Production of Glucaric Acid by Engineered Saccharomyces cerevisiae.
葡萄糖酸是可用于洗涤剂、聚合物、医药和食品工业的高价值二羧酸。本研究将葡萄糖酸生物合成途径中的两个关键酶——拟南芥肌醇加氧酶 MIOX4 和丁香假单胞菌醛糖酸脱氢酶 Udh——用不同肽连接子融合并在酿酒酵母中表达。结果显示，以 (EA3K)3 连接子连接的 MIOX4-Udh 融合蛋白产生最高葡萄糖酸产量，比游离酶高 5.7 倍。随...
Applications of the Whole-Cell System in the Efficient Biosynthesis of Heme.
血红素具有电子传递、气体结合、催化和信号转导等多种功能，在医疗、膳食补充剂和食品加工中应用广泛。传统化学合成或从生物样品中分离血红素存在产率低、周期长、环境负担重等问题。近年来，基于全细胞系统的血红素生物合成方法成为替代方案，其核心是利用微生物中5-氨基乙酰丙酸（ALA）的C4和C5两条前体合成途径，以及原卟啉依赖（PPD）、铁卟啉...
Microbial cell factories based on filamentous bacteria, yeasts, and fungi.
合成生物学与代谢工程中先进DNA合成、生物传感器组装和基因电路的发展，增强了丝状细菌、酵母和真菌作为化学生产底盘细胞的潜力，但其工业化应用仍面临重大挑战。作为重要底盘菌株，丝状微生物可通过微生物发酵合成重要酶、化学品和特色药物。借助代谢工程与合成生物学，丝状细菌、酵母和真菌可通过基因组工程、通路工程、耐受性工程和微生物工程开发为高效...
Natural promoters and promoter engineering strategies for metabolic regulation in Saccharomyces cerevisiae.
酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）是重要的外源基因表达系统和高价值代谢物细胞工厂宿主，具有遗传背景清晰、操作简便、安全无毒、外源基因表达水平高等优势。启动子是基因转录的基本元件，可控制转录的开启方向与强度，对基因表达调控和代谢途径优化具有关键作用。不同强度与性能的启动子会显著影响目标基因表达效果，并最终决定...
Genetically encoded ATP and NAD(P)H biosensors: potential tools in metabolic engineering.
代谢工程已发展出多种工具与策略，其中辅因子工程是生物产品合成中的常用策略，用于调控烟酰胺核苷酸（NADH/NAD+、NADPH/NADP+）和三磷酸腺苷/二磷酸腺苷（ATP/ADP）水平，以维持细胞氧化还原与能量平衡。然而，传统方法难以实时监测细胞内NADH/NAD+、NADPH/NADP+和ATP/ADP水平。近年来，多种用于检测...
Intracellular biosensor-based dynamic regulation to manipulate gene expression at the spatiotemporal level.
过去数十年，基于细胞内生物传感器的动态调控策略在提高有用化合物产量方面取得显著进展。该方法可在维持最佳生长状态的同时实现高生产率。然而，工业发酵体系中同时存在高/低性能非遗传变异体以及不同生长阶段的年轻和衰老细胞，这种显著个体差异会阻碍在单细胞水平精确控制代谢通量，从而难以在宏观群体水平获得高生产率。细胞内生物传感器作为代谢网络的调...
Editorial: Synthetic biology for the sustainable production of biochemicals in engineered microbes.
本文是一篇关于合成生物学用于工程微生物可持续生产生物化学品的编辑导言。作者指出，化石资源大量使用导致温室气体排放增加，微生物细胞工厂为可再生化学品生产提供了重要途径。与传统随机诱变和筛选相比，合成生物学可通过非天然合成途径设计、模块化途径组装、动态感知与调控、区室化、途径平衡与重连、辅因子工程以及生物分析物高通量筛选等策略，加速菌株...
Development of Optogenetic Dual-Switch System for Rewiring Metabolic Flux for Polyhydroxybutyrate Production.
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–...
Biosensor-enabled pathway optimization in metabolic engineering.
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，...
Bioproduction of l- and d-lactic acids: advances and trends in microbial strain application and engineering.
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...