丙二酰辅酶A（malonyl-CoA）是脂肪酸、多酮体、芪类和黄酮类等天然产物生物合成的重要前体，但大肠杆菌胞内 malonyl-CoA 水平较低，限制了其合成应用。为快速鉴定能够增强 malonyl-CoA 合成的菌株，作者开发了一种全细胞生物传感器。该传感器基于可响应三乙酸内酯（TAL）的突变 AraC 转录调控蛋白 AraC-...
合成生物学与代谢工程使微生物细胞工厂能够生产燃料、化学品和药物，但代谢物浓度相关表型的测量与精确控制仍是瓶颈。遗传编码小分子生物传感器可将代谢物浓度与可测量或可执行输出相耦合，是解决该瓶颈的重要工具。本文综述了代谢工程中小分子生物传感器的设计、优化与应用，重点讨论转录因子（TF）型传感器的优化策略。围绕中心法则，遗传编码小分子传感器...
过去二十年，通过重构细胞代谢以可持续生产化学品、燃料和药物的微生物细胞工厂工程能力快速发展，微生物基因组编辑的速度与精度不断提高，使更复杂的细胞工厂设计得以实现和验证。然而，与细胞工厂构建方法相比，用于高通量测试新工程细胞工厂性能的方法明显滞后，制约了整体生物制造流程。为此，需要开发能够在多重条件下筛选和选择最优细胞工厂设计的新技术...
我们开发了一种基于碳源利用的新型选择回路，在麦芽糖作为唯一碳源的培养基中建立并维持多代生长-生产偶联。与传统基于抗生素抗性的回路相比，我们首先证明该回路将细胞适应性偶联到代谢物生产的能力更稳健，即使经过多轮选择逃逸风险也低得多。随后将该选择回路应用于 L-色氨酸（L-Trp）生产优化。我们证明，无论应用于小规模定义明确的突变库，还是...
色素代谢物有望用于面向低资源地区的生物传感器，因为其输出可肉眼判读而无需仪器。然而，当不需要色素时完全抑制其生产十分困难，因为少量酶即可催化生成大量可见色素。红色色素番茄红素位于多色素类胡萝卜素通路中，可能特别有用，但常用诱导型启动子系统无法抑制番茄红素生产。本文设计了一种系统，可在无诱导剂时完全抑制番茄红素生产，并在诱导后2小时内...
N-乙酰神经氨酸（NeuAc）因在食品和医药领域具有广泛应用而备受关注。此前作者首次在大肠杆菌中以葡萄糖为唯一底物构建了人工 NeuAc 合成途径，但由于代谢通量和辅因子平衡要求严格，后续菌株改良困难。本研究设计了一种体内 NeuAc 生物传感器，并将其用于 NeuAc 生产菌株突变库的遗传筛选。该传感器以 sfGFP 为报告基因验...
微生物化学品生产常依赖高效合成酶，这些酶会与宿主原生代谢相互作用，影响细胞适应性和产物产量。然而，现有生产优化多基于未受代谢扰动的野生型数据，难以反映特定合成条件下的真实瓶颈。本文提出遗传-代谢耦合策略，将大肠杆菌中硫胺素二磷酸（TPP）合成与细胞适合度关联，利用合成RNA生物传感器在单细胞水平定量反映胞内TPP浓度。作者构建携带T...
在菌株工程的“设计—构建—测试”循环中，快速产物检测与筛选策略仍是关键瓶颈，并限制整体通量。本文系统总结了多种将目标化学物浓度转换为易于测量的吸光度、发光和荧光信号的高通量检测模式。具体涵盖蛋白基生物传感器（包括转录因子、荧光蛋白和G蛋白偶联受体）、核酸基生物传感器（RNA核糖开关、RNA菠菜和DNA适配体）、偶联酶反应、生物正交化...
细菌已进化出精密的代谢通路调控机制，以确保合成代谢通路在终产物不足时才被激活，并在底物缺失时避免无谓表达分解代谢酶。这些精细调控依赖于能够结合通路中间代谢物或外源配体的转录因子，配体结合可改变转录因子构象及其与 DNA 的相互作用，从而调控基因表达。本文综述配体响应型 MarR 家族转录因子在控制代谢酶基因表达中的作用，重点讨论其识...
组合合成代谢通路的设计能力已远超对所得微生物菌株进行高效筛选与选择的能力，因此高通量快速筛选技术对合成生物学和代谢工程至关重要。本文报道了一种基于 RNA 核糖开关、带有双荧光报告模块的生物传感器，并建立了基于流式细胞术的高通量筛选方法，用于在共培养体系中鉴定柚皮素（naringenin）高产大肠杆菌菌株。研究确定了影响传感器性能的...
合成生物学是将生物系统重新用于新目标与应用的技术领域。通过协调并平衡表达宿主内源基因及来自其他生物的外源基因，可将工业底盘细胞内的代谢资源导向高价值商品的大规模生产。这一新兴交叉学科有望革新高等植物天然产物的发现与生产，因为它提供了多种工具、技术与策略，可利用单细胞生物探索植物天然产物庞大而复杂的化学空间。本综述强调影响生物炼制体系...
顺丁烯二酸是可用于生产尼龙和聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）等聚合物的重要平台化学品。此前其共轭碱顺丁烯二酸根已在埃希氏菌中生物合成，而作者通过重要路径工程首次在酿酒酵母中实现理性工程化生产。为进一步提高产量，本研究采用适应性实验室进化（ALE）策略补充理性代谢工程。作者改造了一个响应内源芳香族氨基酸（AAA）的生物传感器模块，将其作...
内酰胺是用于制造尼龙等聚酰胺的重要大宗化学品，其中 ε-己内酯年产量达数百万吨。为提升内酰胺的生物合成效率，需要高通量、可筛选的内酰胺传感方法。作者提出一种受小分子药物发现启发的化学信息学策略，即向可代谢化学品生成类似物（AGTC），用于寻找天然转录因子-启动子对。通过 DataWarrior 的 SkelSpheres 描述符生成...