基因编程生物传感器已广泛用于监测生物可利用重金属污染及其对生物体的毒性。多数细菌生物传感器最初用于检测汞或镉等特定重金属，但现有传感器难以将镉与其他重金属尤其是汞区分开。本研究以汞响应调节蛋白 MerR 和镉响应调节蛋白 CadR 作为独立传感元件，以增强型绿色荧光蛋白 eGFP 和 mCherry 红色荧光蛋白作为独立报告蛋白，构...
水与土壤中的镉（Cd）污染是重要环境问题，农作物可吸收并累积生物可利用 Cd，因此需要持续监测环境 Cd 水平以降低人体暴露风险。视觉色素因无需复杂仪器而具有开发低设备生物传感器的潜力。本研究利用代谢工程菌生产对有毒 Cd(II) 响应的蓝紫色色素紫罗兰色素（violacein）。该双吲哚色素稳定性高，可在 578 nm 波长处定量...
在II型CRISPR系统中，向导RNA（gRNA）由CRISPR RNA（crRNA）和反式作用CRISPR RNA（tracrRNA）组成，二者对Cas9引导的DNA靶向均不可或缺。尽管不同II型CRISPR系统的tracrRNA序列和结构多样，但Cas9中crRNA-tracrRNA杂交的可编程性尚未完全阐明。本文系统揭示了链球...
体内生物传感器可用于代谢物检测和代谢网络调控，是合成生物学与代谢工程的重要工具，但现有传感器数量和性能仍不足。本研究以枯草芽孢杆菌甘氨酸核糖开关为基础，构建甘氨酸核糖开关文库，并结合荧光激活细胞分选（FACS）和 tetA 双遗传选择，在大肠杆菌中筛选出合成甘氨酸-OFF 核糖开关 glyOFF6 和检测范围扩大的合成甘氨酸-ON ...
本文首次利用嗜热放线菌Streptomyces sclerotialus来源的耐热2,3-多巴脱氧酶（SsDDO）构建了蛋白型与全细胞型生物传感器，用于左旋多巴（L-DOPA）检测。SsDDO以非血红素Fe(II)为辅因子催化L-DOPA氧化开环，经中间产物AHMS环化为CHAPCA；CHAPCA进一步与3-氨基苯甲酸（MABA）发...
塑料碎片在水环境中受机械应力等因素降解，产生包括塑料单体在内的小尺寸降解产物；现有监测设备可能不适合高通量筛查。本研究开发了一种重组全细胞细菌生物传感器，用于水环境中丙烯酸单体（acrylic acid, AA）的监测。该传感器以大肠杆菌为宿主，携带 pBAV1K-ACU-lucFF 质粒，其中荧光素酶报告基因 lucFF 受丙烯酸...
微生物共培养工程已成为生物制造的一种有前景策略。稳定性和自调控是构建本征鲁棒、可放大应用的共培养体系的关键挑战。本文提出利用多代谢物交叉喂养（MMCF）在菌株间建立紧密关联，并给出选择合适代谢分支的设计规则，从而获得本征稳定的双菌株共培养体系，其种群组成和产物滴度对初始接种比例不敏感。通过引入中间物响应生物传感器，共培养微生物种群可...
别构转录因子（aTF）生物传感器是代谢工程、生物技术及合成生物学中改造微生物的重要工具，但已鉴定和表征的 aTF 工具箱有限，制约了新型生物传感器的开发。为拓展 aTF 的配体识别范围，本研究以空肠弯曲菌 TetR 家族阻遏蛋白 CmeR 为识别元件，构建可在模式生物大肠杆菌和酿酒酵母中工作的遗传回路，使其作为水杨酸盐生物传感器。该...
慢性柴油尾气暴露与心血管疾病存在因果关联，动脉内皮细胞功能对维持心血管稳态至关重要。既往急性暴露研究提示柴油尾气可致内皮细胞功能障碍，但慢性暴露效应尚不明确。本研究对133名柴油发动机测试员（DET）和126名非DET的人血清样本应用体外内皮细胞生物传感器检测，以评估心血管风险证据。环境监测显示DET暴露于高水平柴油尾气气溶胶（PM...
埋地雷探测风险高且耗资大，微生物生物报告菌可在接触炸药蒸气后发出光学信号，为远程探测提供替代方案。作者此前构建了基于大肠杆菌的 2,4,6-三硝基甲苯（TNT）及其杂质 2,4-二硝基甲苯（DNT）生物报告菌。本研究通过定向进化 yqjF 启动子的转录激活因子 YhaJ，进一步优化该生物报告菌。经三轮易错 PCR 随机突变与筛选，获...
遗传回路设计的快速发展使全细胞生物传感器（WCBs）在医学诊断和环境毒性评估等领域受到关注，但高背景信号和低精度限制了其从概念验证走向实际应用，尤其用于重金属毒性监测。作为替代模块设计，本研究利用Bxb1重组酶作为开关，以增强剂量–响应行为并降低泄漏。借助Bxb1重组酶识别元件的模块化特性，作者将可响应镉等毒性离子胁迫的工程化半特异...
近年来，小分子生物传感器在合成生物学与生物化学研究中日益重要，相关新应用不断涌现。然而，许多细菌小分子生物传感器的实际效用受到功能不足的限制，包括工作范围、动态范围和化学特异性不理想。本文系统综述了细菌细胞内已知的小分子生物传感器机制类型，并总结了用于优化不同功能参数的工程策略。文中讨论了直接改造传感器基因的方法，如定向进化、结构/...
聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）和邻苯二甲酸酯（PAEs）被广泛用作塑料和增塑剂。近年来，PET 和 PAEs 的酶促降解受到关注，但缺乏有效检测其主要水解产物邻苯二甲酸（PA）和对苯二甲酸（TPA）的筛选方法，限制了相关降解酶的定向进化。本研究通过定向进化来自 Pseudomonas putida 的混杂转录因子 XylS，获得两个...
乳酸是生产聚乳酸（PLA）等多种化合物的重要平台化学品，高纯度 PLA 需要光学纯的 L-乳酸和 D-乳酸。为筛选和改造乳酸对映体高产菌株，常采用高通量筛选、动态通路调控或实时监测。诱导型基因表达系统及其在遗传编码生物传感器中的应用，是乳酸生物技术的重要工具。本研究从大肠杆菌 MG1655、Cupriavidus necator H...
细菌通过产生和响应种间信号分子调控群体密度依赖的基因表达。除种内通讯外，自诱导物-2（AI-2）还可在革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌之间介导种间通讯，因而备受关注。AI-2 的分析与定量对于理解细菌行为及致病性随群体密度变化至关重要。然而，现有 AI-2 定量生物测定方法较为复杂，检测范围较窄，且易受培养基等样品中痕量组分干扰。为简化并...
革兰氏阴性菌中研究最多的群体感应机制由自诱导物1（AI-1），即酰基高丝氨酸内酯（AHL）介导，该系统可在不同菌种间传递信号并调控多种病原菌毒力基因表达。尽管已在人和动物肠道中检测到产AHL细菌，但尚无昆虫肠道产AHL细菌及其对肠致病菌影响的报道。本研究旨在鉴定蜡螟（Galleria mellonella）幼虫肠道中的产AHL细菌，...
乳链菌肽 nisin 由乳酸乳球菌以无活性前肽形式产生，经翻译后修饰形成五个（甲基）兰硫氨酸环，属于 Ia 类细菌素。前导肽的导出和蛋白酶切割释放活性 nisin。nisin 靶向普遍肽聚糖前体脂质 II，对单核细胞增生李斯特氏菌和耐甲氧西林金黄色葡萄球菌等具有重要病原菌具有广谱活性。目前工业 nisin 生产依赖天然生产菌株，产品...
为应对多重耐药菌感染，开发新型抗生素检测与筛选方法十分紧迫。全细胞生物传感器可将特定输入转化为可量化输出，在环境污染物和胞内代谢物监测中已有广泛应用。本研究利用枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）中σM介导的调控系统，构建了用于检测靶向细菌细胞包膜抗生素的全细胞生物传感器。以多粘菌素B（polymyxin B, PMB...
Vfm群体感应（QS）系统对多种Dickeya植物病原菌的毒力至关重要，其vfm基因簇编码26个参与信号合成、感知或转导的基因。此前Vfm QS信号一直未能被分析化学方法检测。本研究通过比较126株已测序Dickeya菌株的vfm基因簇，发现生物合成基因vfmO和vfmP存在株系特异性多态性，并据此将菌株分为五个Vfm遗传组，预测各...
原核转录因子可被重新用作精确化学测量与调控的分析及合成工具。单萜是一类在食品、化妆品、香料和医药领域具有重要商业价值的化合物，但因其缺乏发色团且同分异构体难以区分，尤其难以在细胞内快速定量。本文以假单胞菌 Pseudomonas putida 中响应樟脑的 TetR 家族转录调控因子 CamR 为平台，通过定向进化扩展其效应物特异性...