锥虫目寄生虫（包括布氏锥虫）在热带和亚热带地区造成重大健康负担，但其代谢机制仍不清楚。为发现抑制锥虫目酶类的化学探针，作者建立了一种基于流式细胞术的高通量多重筛选方法，可在活体布氏锥虫血淋巴型中同时测量多种与糖酵解相关的代谢物。作者将分别检测葡萄糖、ATP 或糖体 pH 的荧光生物传感器转入寄生虫：葡萄糖和 ATP 传感器为 FRE...
代谢物参与多种代谢过程，其缺乏或过量可引发重要生理后果。本文开发了一种金属氧化物异质结薄膜晶体管（HJ-TFT）生物传感器，用于人唾液中尿酸（UA）和25-羟基维生素D3（25(OH)Vit-D3）的无标记快速检测。器件采用溶液法制备的In2O3/ZnO沟道，分别以尿酸酶和25(OH)Vit-D3抗体功能化，实现对UA和Vit-D3...
转录因子（TF）基生物传感器被广泛用于检测代谢物，并用于响应代谢物变化而调控细胞通路。然而，将已有 TF 基传感器直接应用于新的宿主菌株或新的代谢通路时，常面临正交性不足、背景泄漏、动态范围不匹配、响应阈值不合适等挑战，通常需要系统调谐才能获得最佳性能。这些调谐策略可根据目标参数涉及转录控制或翻译控制。本综述重点总结近期用于工程化 ...
细胞无系统有望提供稳健、廉价且可现场部署的生物传感器。许多细胞无生物传感器依赖转录因子响应小分子，但相关转录因子的发现与实现仍具挑战。本文报道 PeroxiHUB，一个以过氧化氢（H2O2）为中心信号整合物的优化细胞无传感平台，用于检测多种代谢物。H2O2 是中心代谢物，也是多种酶促反应的副产物。PeroxiHUB 利用酶促转导器将...
提高目标产物产量是构建和优化微生物细胞工厂的核心目标。赋予菌株基于生物传感器的智能，是解决代谢流不平衡、毒性中间体积累等工程问题的重要途径。近年来，通过理性设计、定向进化或机器学习，针对代谢物和环境信号的遗传编码生物传感器快速发展。除作为高通量筛选中的快速检测方法外，生物传感器越来越多地应用于菌株定向进化和代谢途径动态调控。本文综述...
L-2-羟基戊二酸（L-2-HG）参与碳饥饿响应、肿瘤发生和缺氧适应等多种生理过程，但尚无特异性识别L-2-HG的调控因子。本研究基于细菌基因组邻近分析，在Pseudomonas putida W619中鉴定到LhgO编码基因上游的GntR家族转录调控因子LhgR。LhgR可结合并抑制lhgO启动子转录，而L-2-HG作为其特异性效...
转录因子型生物传感器（TFB）常用于代谢物检测、适应性进化与代谢通量调控。然而，面向合成生物学应用设计高性能 TFB 仍具挑战。天然 TFB 常因响应时间慢、动态范围、检测范围、灵敏度和选择性不匹配，难以满足实时检测需求；此外，复杂动态调控网络的设计与优化耗时费力。本综述重点介绍 TFB 在代谢物定量、高通量筛选、适应性进化和动态代...
柠檬酸是三羧酸循环的关键中间代谢物，也参与炎症、癌症、胰岛素分泌等多种生理与病理过程。为在活细胞中实时监测其胞质与线粒体浓度，作者开发了一系列高性能遗传编码柠檬酸荧光生物传感器。设计以柠檬酸响应传感器组氨酸激酶 CitA 的周质结合域 CitAP 结构为基础，利用其结合柠檬酸后由结合域向催化域传递的构象变化，将 CitAP 插入循环...
体内生物传感器可用于代谢物检测与代谢网络调控，是细胞生物学和代谢工程的重要工具，但现有传感器种类远不能满足自然界大量小分子检测需求。本文以人源次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖转移酶（HGPRT）作为配体结合域（LBD）蛋白，利用配体依赖稳定性策略构建五碳磷酸途径代谢物 5-磷酸-α-D-核糖-1-二磷酸（PRPP）生物传感器。以该蛋白为模板，...
随着自动化设备和快速检测方法的发展，多种高通量筛选（HTS）策略已被建立，用于提升工业微生物的性能。本文讨论了提高HTS效率的关键因素，包括构建高多样性筛选库，以及采用新型检测方法扩大搜索范围并突出目标化合物。文章还总结了HTS在增强工业微生物性能中的应用，并围绕合成生物学、纳米技术和人工智能的快速发展，讨论了工业生物技术中HTS面...
Corn是一种荧光RNA适配体，可形成高亲和力准对称同源二聚体；其二聚体界面结合DFHO后产生高度光稳定的黄色荧光。由于光漂白会限制RNA小分子生物传感器的定量准确性，Corn的光稳定性使其适用于此类传感器。本文提出将组成型Corn二聚体转化为小分子调控荧光生物传感器的策略，用于在体外和活细胞中检测S-腺苷甲硫氨酸（SAM）。作者将...
小分子代谢物通过信号通路调控多种细胞过程，但常以低浓度存在，使其信号网络研究困难。本文预览了 You 等提出的 RNA 整合器（RNA integrators），一种模块化、纯 RNA 编码的荧光生物传感器，用于在活细胞中实时测量低丰度代谢物。传统蛋白 FRET 传感器受限于特异性结合域开发，核糖开关受限于荧光蛋白翻译成熟时间，Sp...
G蛋白偶联受体（GPCR）信号是真核细胞响应环境刺激的主要方式，但天然信号转导架构和表达水平的多样性使刺激-响应关系难以预测。作者利用酿酒酵母基因组工程，构建了一个绝缘、模块化的最小化 GPCR 信号转导系统，以研究如何借助合成生物学工具理性调节细胞对刺激的响应。通过计算建模与实验重构，作者解析了关键信号组分的最小集合贡献，提出通过...
多路检测是生物传感器的重要趋势，旨在通过芯片上集成微型传感器同时检测多种分析物。然而，将电极材料和选择性酶精确沉积到不同微电极阵列仍是大规模生产多路传感器的障碍。本文报道了一种“按需滴印”喷墨打印工艺，用于制备基于纳米结构导电水凝胶的多路生物传感器。利用多喷嘴喷墨系统，将电极材料和多种酶逐一点印到电极阵列上。整个喷墨打印过程仅需三轮...
核糖开关通常位于mRNA的5′非翻译区，可特异性结合小分子配体。配体结合后，主要通过转录终止、翻译抑制或mRNA降解等过程调控基因表达。目前已鉴定出30多类核糖开关，多数由适配体结构域和表达平台组成；每类核糖开关的适配体结构域具有保守结构，并通过结合特定化合物稳定表达平台的特定构象。本综述重点介绍核糖开关研究的主要方面，包括新核糖开...
生物合成途径可将廉价可再生资源转化为药物、塑料等高价值代谢产物，但途径设计受生物学复杂性限制。遗传变体的快速构建已能产生数十亿个具有不同代谢设计的细胞，然而评价这些设计优劣的测量能力仍落后数个数量级。近期研究利用遗传编码生物传感器使细胞报告自身化学生产水平，围绕生物传感器的创建与应用正在形成新的工程学科。生物传感器将胞内代谢物浓度转...
生物发光体系因量子产率较高、可在绿到红宽光谱范围发射光子，被视为生物分析中有力的报告系统。生物化学事件通常由大型蛋白机器完成，这些分子复合物由少数至多个蛋白通过相互作用组装而成，蛋白-蛋白相互作用对细胞生物活性至关重要。分裂荧光素酶互补实验使研究两个或多个相互作用蛋白成为可能：将荧光素酶的两个结构域分别连接至两个相互作用蛋白，当蛋白...
生物过程监测用于跟踪细胞培养进程并保证产品质量。现有代谢监测主要依赖对细胞外培养基样品进行离线测量，存在时间延迟且易引入人为误差。在合成生物学时代，可以设计和实施由生物大分子组成、能够报告细胞内环境的生物传感器。荧光报告信号可实现对培养过程的无创、非破坏性在线监测，缩短测量与干预之间的延迟。本迷你综述聚焦以 Förster 共振能量...
由于硫族玻璃具有优异的光学性能，硫族玻璃光学波导有望在光学生物传感器发展中发挥重要作用。本文报道了硫族玻璃光纤与平面波导的制备及其性能。利用在中红外波段透明的硫族玻璃光纤，作者开发了一种可快速、原位获取整体代谢改变信息的光学生物传感器。该传感器通过简单接触样品即可进行远程红外光谱检测。研究尝试确定由大鼠脑短暂局灶性缺血引起的脑代谢改...