Development of a Biosensor for Detection of Benzoic Acid Derivatives in
4-羟基苯甲酸（pHBA）是生产粘康酸和液晶聚合物的重要工业前体，目前主要依赖石化路线。为降低对化石燃料的依赖并提高可持续性，微生物工程是替代传统化学合成的有前景策略，但菌株筛选仍是代谢工程中的瓶颈。本文在酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）中构建了一种名为 sBAD 的合成转录因子生物传感器，其由红假单胞菌...
Biosensors design in yeast and applications in metabolic engineering.
微生物细胞工厂可持续生产化学品、燃料和药物，但高通量检测产物合成仍费时费力，因为产物合成常无明确表型，传统分析难以快速评价菌株。遗传编码生物传感器可感知代谢物并将检测与执行器偶联，实现单细胞水平快速检测小分子，是高通量分析的有前景工具。本文综述酿酒酵母中生物传感器设计与工程化进展及其在代谢工程中的应用，介绍转录因子型、RNA型和酶耦...
Promoter engineering strategies for the overproduction of valuable metabolites in microbes.
启动子工程是代谢工程与合成生物学中的关键技术，也是调控遗传电路和多基因生物合成通路的核心元件。本文综述了微生物启动子工程的最新进展。首先讨论了内源启动子在微生物中过表达关键酶、提高目标代谢物产量中的应用；随后介绍了通过定点突变研究核苷酸交换对启动子强度影响的方法，包括易错PCR和饱和突变等策略。文章进一步阐述了围绕核心启动子区和上游...
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...
Development of a Vanillate Biosensor for the Vanillin Biosynthesis Pathway in
在工程化大肠杆菌中构建的从头香草醛生物合成途径具有工业价值，但受儿茶酚 O-甲基转移酶（OMT）催化原儿茶酸转化为香草酸这一步骤限制。为寻找替代 OMT，作者基于鞘氨单胞菌 VanR-VanO 系统构建了香草酸遗传编码生物传感器。利用大肠杆菌启动子库进行理性优化后，最佳构建体获得大于 14 倍的动态范围。该传感器及其进化变体表现出显...
Genetic Selection for Small Molecule Production in Competitive Microfluidic Droplets.
生物传感器可用于筛选或选择工程微生物中小分子的生产，但传感器自身发生突变会干扰准确信号转导，导致大量假阳性。已有策略通过将生产途径与生物传感器物理分离来避免该限制，但此前仅用于筛选而未用于选择。本文开发了一种基于共培养细菌竞争的新型生物传感器介导选择策略。以 cis,cis-粘康酸（cis,cis-muconate）生物合成为例，作...
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...
COMPASS for rapid combinatorial optimization of biochemical pathways based on artificial transcription factors.
多基因平衡表达是构建新生物合成途径或多蛋白细胞复合物的核心。本文报道一种名为 COMPASS（COMbinatorial Pathway ASSembly）的高通量克隆方法，用于在酿酒酵母中实现多基因平衡表达。该方法采用正交的植物来源人工转录因子（ATF）及其结合位点（BS），结合基于同源重组的体内/体外重叠克隆，可并行构建数千个 ...
CRISPR/Cas9-facilitated engineering with growth-coupled and sensor-guided
蛋白工程在开发新代谢途径和优化现有途径中日益重要。传统基因/酶变体库筛选常在非生产菌株或非相关培养条件下进行，未必能选出最适合生产菌株体内使用的最佳酶变体。本文提出一种整合 CRISPR/Cas9 辅助目标基因工程与生长耦合、传感器引导体内筛选（CGSS）的方法，用于蛋白工程和代谢途径优化。作者以芳香氨基酸合成关键酶 3-脱氧-D-...
Syntrophic co-culture amplification of production phenotype for high-throughput screening of microbial strain libraries.
微生物可被工程化合成多种生物产品，但生产表型评价仍是设计-构建-测试循环中的常见瓶颈，菌株开发需要反复构建和测试文库。本文提出共生共培养放大生产表型（SnoCAP）方法。通过代谢交叉喂养回路，将目标分子产量转化为高度可区分的共培养生长特性，从而放大产量差异并转化为明显生长表型。作者以大肠杆菌为模型，分别筛选2-酮异戊酸（异丁醇前体）...
Analysis of Fucosylated Human Milk Trisaccharides in Biotechnological Context Using Genetically Encoded Biosensors.
人乳寡糖（HMOs）是人乳中具有重要婴儿健康益处的复杂碳水化合物，但其生物合成优化受限于单糖和糖苷键检测通量低。传统色谱/质谱方法通量通常仅为每天数百样品且难以自动化。本文报道一种遗传编码细菌全细胞生物传感器，通过异源表达岩藻糖苷酶实现岩藻糖基化 HMO 结构 2'-岩藻糖基乳糖（2'-FL）和 3-岩藻糖基乳糖（3-FL）的高通量...
Custom-made transcriptional biosensors for metabolic engineering.
转录生物传感器可用于代谢途径的筛选、选择或动态调控，因此是加速代谢工程与可持续化学原型构建的关键使能技术。近期进展使异源转录因子得以常规使用，嵌合蛋白设计等新策略使工程师能够利用代谢物结合蛋白资源。然而，扩展生物传感器检测范围只是第一步，计算模型有助于微调传感器性能以实现定制化行为。此外，代谢工程将从无细胞表达系统进展中受益，既可用...
Establishment of BmoR-based biosensor to screen isobutanol overproducer.
异丁醇是一种具有较高能量密度的 C4 支链高级醇，被视为下一代交通燃料。本研究建立了一种基于 BmoR 转录因子的生物传感器筛选系统，用于从大气和室温等离子体（ARTP）突变库中筛选异丁醇高产菌株。BmoR 是 Thauera butanivorans 正烷烃代谢中调控烷烃单加氧酶 σ54 依赖启动子 Pbmo 的醇响应转录因子，对...
Pyruvate Carboxylase Variants Enabling Improved Lysine Production from Glucose Identified by Biosensor-Based High-Throughput Fluorescence-Activated Cell Sorting Screening.
丙酮酸羧化酶（PCx）是回补三羧酸循环的二氧化碳固定酶，在糖碳源生长过程中以草酰乙酸补充循环中间物。本研究利用赖氨酸生物传感器 pSenLys-Spc，在谷氨酸棒杆菌中筛选能够提高葡萄糖来源 L-赖氨酸产量的丙酮酸羧化酶变体。作者将经错误倾向 PCR 构建的 pyc 基因库转入合适的报告菌株，并通过荧光激活细胞分选（FACS）筛选胞...
Biosensor-guided improvements in salicylate production by recombinant Escherichia coli.
水杨酸可由常见代谢中间体莽草酸生物合成，并应用于制药和生物塑料工业。虽然针对莽草酸通路的代谢工程已实现多种芳香化合物合成，但通路组分相对表达水平如何影响水杨酸产量仍不清楚，且某些可提高产量的宿主基因缺失难以预测。本研究利用水杨酸响应型转录因子优化重组大肠杆菌中莽草酸/水杨酸通路基因的表达水平，并筛选染色体转座子插入库以提高水杨酸产量...