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...
D-葡萄糖酸（GA）是由生物质生产的增值化学品，可作为通用平台化学品、食品添加剂、金属螯合剂和治疗剂。目前市售GA主要采用化学法生产，但需求增长推动开发更环保、高效的生产方法。基于细胞生产GA是一种替代策略。研究者已将多条GA合成途径分别导入大肠杆菌、酿酒酵母和毕赤酵母，工程菌表现出从头合成GA的能力。通过优化宿主细胞中的GA代谢途...
近年来，转录生物传感器已成为代谢工程中的有力工具，可在单细胞水平对胞内代谢物进行半定量检测。然而，其应用常受限于各传感器组件的固有特性及其相互作用；在异源宿主中，传感器还常因低胞内代谢物浓度下信号饱和而失效，从而限制其在高水平生产菌株和后期工程阶段的使用。本文提出一种统一的生物传感器设计，可微调关键传感器参数，并在异源表达宿主中恢复...
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...
有机酸是天然代谢物，已广泛应用于食品、医药和生物基材料工业。短链有机酸包括 C2、C3、C4、C5 和 C6 有机酸，既是细胞内必需中间代谢物，也可作为部分商业化学品的可再生替代物。由于多数主要短链有机酸可通过微生物发酵生产，代谢工程和合成生物学已成为提高其产量、拓宽产品谱系的关键手段。通过基因改造，微生物可被赋予生产丙酸、丙酮酸、...
将活细胞工程化用于生产化学品、酶和药物时，有限的内源辅因子可用性和表达负担会使细胞产生适应度缺陷，使其在长期生物过程中承受选择压力，最终可能导致高产工程细胞在群体水平被低产突变体取代。本文报道了用于生产香草醛-β-葡萄糖苷（vanillin-β-glucoside, VG）的适应度负担酿酒酵母细胞的突变图谱。基于转录组分析和对 VG...
随着微生物细胞工厂的发展，生物传感器被广泛用于细胞代谢调控和高通量筛选。然而，酿酒酵母中构建的多数生物传感器用于转录激活，抑制性调控研究很少，而后者对代谢动态控制同样不可或缺。本研究通过转录失活设计，开发了可响应配体实现抑制性调控的转录因子型生物传感器。以丙二酰辅酶A（malonyl-CoA）感知系统为例，作者构建了生物传感器，并通...
酚酸的生物技术生产因其优异抗氧化活性以及抗菌、膳食和健康益处而受到关注。作为植物和真菌中主要存在的次级代谢物，它们因结构中的酚羟基而成为有效自由基清除剂，因此被制药、食品、化妆品和化工行业广泛使用。目前酚酸需求主要依靠化学合成化合物满足，天然来源产量较低。作为化学合成的替代，发展环境友好的生物基技术对大规模生产至关重要。利用微生物细...
谷氨酸棒杆菌是生产氨基酸及其衍生物的重要工业微生物。为精细调控代谢通路，合成生物学工具主要依赖启动子的理性应用，但可用启动子数量有限。本研究基于 RNA-Seq 数据分析，扩增了 90 个长度 200–500 bp、可能包含启动子-5′-UTR（PUTR）序列的 DNA 片段，并将其与荧光蛋白基因连接。与常用强 PUTR PsodU...
丁酸是短链脂肪酸，在人类肠道健康中发挥关键作用，可影响免疫调节、细胞分化与凋亡，并作为结肠细胞优先碳源。本研究以模式益生菌大肠杆菌 Nissle 1917（EcN，血清型 O6:K5:H1）为底盘，通过 CRISPR-Cas9 辅助敲除竞争性电子受体途径，并在基因组中异源表达丁酸合成酶，使 EcN 能够从基因组位点产生约 1 g/L...
基于转录因子（TF）的代谢物响应型生物传感器是筛选工程酶和动态调控生物合成途径的重要工具，但 TF 结合位点插入常影响启动子活性，且最优 TF 表达水平难以预测。本研究以枯草芽孢杆菌中 N-乙酰神经氨酸（NeuAc）生物传感器为案例，建立分步构建策略。首先筛选 12 个不同强度启动子构建第一启动子库；随后将大肠杆菌 NanR 结合序...
羟基酪醇是一种强效抗氧化自由基清除剂，可由酪氨酸生物合成。在代谢工程中，鼠源酪氨酸羟化酶因辅因子依赖和调控复杂而严重限制其产量。本研究在大肠杆菌中构建高效羟基酪醇全细胞催化剂，通过逐步解除两个限速酶步骤提升通路效率。首先，基于结构引导建模与定向进化，将大肠杆菌双组分黄素依赖单加氧酶 HpaBC 改造为高活性微生物酪氨酸羟化酶，替代鼠...
本文综述了转录因子（TF）在微生物代谢工程与有机酸生物生产中的识别、工程化及应用。TF 可识别特定 DNA 序列并响应胞内外小分子、信号和刺激，是构建遗传编码生物传感器的关键元件，用于监测有机酸生产中原本“不可见”的胞内代谢物浓度。TF 型生物传感器可将代谢物浓度转化为荧光等可检测信号，并与流式细胞分选（FACS）等高通量筛选技术结...
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...
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...
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/...
G蛋白偶联受体（GPCR）是人类基因组中最大的膜蛋白家族，具有保守的七次跨膜结构，广泛参与细胞内外信号感知。酿酒酵母天然表达用于糖和信息素感知的三种GPCR，其中信息素通路因易于构建和读取，被广泛用于在模式真核细胞中研究异源GPCR信号。本综述系统总结了在酵母中开展功能性GPCR研究的策略，重点讨论将异源GPCR成功表达并偶联至酵母...
动态调控是微调代谢通路、最大化目标产物合成的有效策略，但同时实现目标代谢模块的自主上调与下调仍具挑战。本研究将基于 CRISPRi 的 NOT 门与关键代谢物氨基葡萄糖-6-磷酸（GlcN6P）的新型生物传感器相结合，构建了自主双控（autonomous dual-control, ADC）系统。该系统通过感知枯草芽孢杆菌胞内 Gl...
氨基酸发酵是工业生物技术的重要支柱，全球氨基酸市场持续扩大并不断多元化。代谢工程已不再仅聚焦于百万吨级大宗氨基酸 L-谷氨酸和 L-赖氨酸的菌株开发，而是转向特种氨基酸的生产。为满足这一需求，研究者开发并应用了包括 CRISPR 基因编辑/干扰、遗传编码生物传感器以及灵活底物利用、共生产和共培养在内的新工具与工艺。本文以特种蛋白源氨...