Screening system for MAA-CoA productivity using 2-methylcitrate biosensor.
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。...
Enhancing glucaric acid production from
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...
Beyond rational-biosensor-guided isolation of 100 independently evolved bacterial strain variants and comparative analysis of their genomes.
与理性代谢工程不同，经典菌株开发长期依赖随机诱变与表型筛选。随着基于生物传感器的荧光激活细胞分选（FACS）策略发展，这类高通量单细胞筛选重新受到重视。本研究将该技术与比较基因组分析结合，用于在谷氨酸棒杆菌 L-组氨酸生产菌株中鉴定促进产物形成的新突变。由于该菌株中已知 L-组氨酸合成相关遗传靶点已被理性改造，新有益突变可能不直观地...
Biosensor-assisted titratable CRISPRi high-throughput (BATCH) screening for over-production phenotypes.
随着代谢途径和合成生物学工具快速发展，微生物生物制造中如何最优重连代谢通量并加速高通量表型筛选仍是挑战。本文建立了生物传感器辅助可滴定 CRISPRi 高通量（BATCH）筛选方法，将可滴定错配 CRISPR 干扰与生物传感器介导的高产表型筛选结合，用于大肠杆菌。作者首先开发可编程错配 CRISPRi，通过单管 sgRNA 池（每个...
l-Serine Biosensor-Controlled Fermentative Production of l-Tryptophan Derivatives by
L-色氨酸及其羟基化、卤代衍生物用于治疗性肽、农药和生物活性化合物前体。细菌 L-色氨酸生物合成依赖 L-丝氨酸：色氨酸合酶 α 亚基 TrpA 催化吲哚-3-甘油磷酸逆醛裂解生成甘油醛-3-磷酸和吲哚，β 亚基 TrpB 催化吲哚与 L-丝氨酸缩合生成 L-色氨酸。已有报道 TrpA 是 TrpB 的变构效应器，缺失 TrpA 会...
Suppression of metabolite shuttles for export of chloroplast and mitochondrial ATP and NADPH increases the cytosolic NADH:NAD
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...
L-Carnitine Production Through Biosensor-Guided Construction of the
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...
Analyzing the genetic characteristics of a tryptophan-overproducing Escherichia coli.
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...
Does co-expression of Yarrowia lipolytica genes encoding Yas1p, Yas2p and Yas3p make a potential alkane-responsive biosensor in Saccharomyces cerevisiae?
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...
Combining mechanistic and machine learning models for predictive engineering and optimization of tryptophan metabolism.
本文提出将机理模型与机器学习模型相结合，用于实现从基因型到表型的准确预测，并指导代谢工程。作者首先利用基因组规模代谢模型筛选影响色氨酸生产的关键基因靶点，结合转录组数据挖掘选择30个表达水平多样的启动子，构建由5个基因和6种启动子组合组成的7776个组合设计文库。随后开发基于大肠杆菌TrpR-GAL4激活域融合蛋白的酵母色氨酸荧光生...
Improvement of
顺丁烯二酸是生产尼龙、聚氨酯和对苯二甲酸的潜在平台化合物，但目前尚无经济可行的生产工艺。为挖掘提高酿酒酵母中 cis,cis-顺丁烯二酸（CCM）产量的新遗传靶点，本研究采用宽动态响应的 CCM 生物传感器驱动绿色荧光蛋白（GFP）表达，对 CCM 产生酵母的紫外诱变库进行筛选。通过荧光激活细胞分选（FACS）获得突变株 Mut13...
In vivo evolutionary engineering of riboswitch with high-threshold for N-acetylneuraminic acid production.
核糖开关具有灵敏度、阈值和动态范围等可调性质，对其理性改造和筛选仍具挑战。本研究建立了一种基于生长偶联筛选的体内核糖开关进化方法，通过正选择与负选择交替富集具有目标阈值的突变体。该方法利用四环素抗性蛋白 tetA 作为双功能选择标记：在高 NeuAc 条件下，正常核糖开关抑制 tetA 表达，使细胞在 Ni2+ 中存活；在低 Neu...
Identification, Characterization, and Application of a Highly Sensitive Lactam Biosensor from
己内酰胺是尼龙6的重要聚合物前体，目前主要源自石油，年产量约500万吨。现有生物合成途径效率低，产量通常不超过2 mg/L，亟需开发新途径。由于新代谢途径开发常需大量设计且产物滴度低，高灵敏度的终产物生物传感器可显著加速筛选。本文报道了来自 Pseudomonas putida KT2440 的 OplR（PP_3516）戊内酰胺/...
Model-Assisted Fine-Tuning of Central Carbon Metabolism in Yeast through dCas9-Based Regulation.
为在工业规模上生产高价值化学品，酿酒酵母的代谢工程需要广泛调控其代谢。本文鉴定了新的基因表达微调策略，以增强内源代谢通量，提高乙酰辅酶A和丙二酰辅酶A水平。将基于dCas9的转录调控与响应丙二酰辅酶A的胞内生物传感器结合，用于筛选有益调控组合。候选基因由基因组尺度代谢模型预测，并设计了靶向168个基因的gRNA文库。经多轮荧光激活细...
Optimizing Cell-Free Biosensors to Monitor Enzymatic Production.
无细胞系统是代谢工程和合成生物学中快速、高通量原型化生物部件的有前景平台。其主要限制之一是转录阻遏蛋白的抑制倍数较低，因此主要依赖阻遏蛋白的原核生物传感器开发受到限制。本研究展示如何在无细胞系统中优化此类生物传感器，包括采用含转录因子（TF）质粒的细胞制备 TF 掺杂裂解液、在加入报告 DNA 前对 TF 质粒进行预孵育，以及通过补...
One-pot two-strain system based on glucaric acid biosensor for rapid screening of myo-inositol oxygenase mutations and glucaric acid production in recombinant cells.
近年来，重组细胞中 D-葡萄糖酸（GA）生产取得进展，亟需高通量筛选和选择性能更优的重组细胞或生物催化剂。2016 年已开发一种在大肠杆菌中将 GA 浓度转化为荧光信号的生物传感器系统，但其应用报道较少。本文建立了一种不依赖微流控平台等专用装置的有效高通量筛选方法，并进行初步应用。在该一锅双菌株体系中，含有 GA 合成途径的产酸菌或...
Development of a formaldehyde biosensor with application to synthetic methylotrophy.
甲醛是常见环境毒素，也是单碳代谢中的关键中间体。监测甲醛浓度对环境监测和天然或合成甲基营养微生物的代谢工程均具有重要意义，但现有方法存在灵敏度低、流程复杂或依赖昂贵分析设备等问题。本文基于大肠杆菌 FrmR 阻遏蛋白及其同源启动子开发了一种甲醛生物传感器。通过优化天然阻遏蛋白结合位点和调控架构，该传感器可检测低至 1 μM 的甲醛。...
Genetically encoded sensors enable real-time observation of metabolite production.
工程细胞生产高价值代谢产物受限于缓慢且费力的浓度评估方法，许多设计未被评估，产物形成动力学也未被观察。本文建立一种无需样品制备和复杂分析即可实时观察产物形成的框架。利用源自小分子响应转录因子的遗传编码生物传感器，提供与细胞内目标代谢物浓度成正比的荧光读出。将合适传感器与产物合成细胞组合，可通过荧光追踪产物形成；单个细胞荧光强度与其代...
Intermediate-sensor assisted push-pull strategy and its application in heterologous deoxyviolacein production in Escherichia coli.
由于通路工程方法通常缺乏高通量筛选工具，我们开发了一种名为中间物传感器辅助推拉策略（InterSPPS）的新策略，通过引入靶向关键通路中间物的生物传感器实现通路顺序优化。作为概念验证，我们构建了 L-色氨酸（L-Trp）生物传感器，并用于优化脱氧紫罗兰素（deoxyviolacein）生物合成通路；该通路被分为两个模块，L-Trp ...