开发用于实时水质预警的电化学活性生物膜（EAB）生物传感器的主要挑战是EAB形成需要数天至数周。除制备过程繁琐耗时外，自然形成的EAB即使在同一实验条件下也难以输出可重复电信号，因而备受关注。为解决这些问题，本研究以海藻酸钠为固定化剂包埋Shewanella oneidensis MR-1，在不到1 h内制备EAB并构建生物传感器。...
尿中早期发现血尿对感染、肾病、血吸虫病和癌症等严重疾病的治疗至关重要，因此亟需低成本、可携带的尿血检测生物传感器。本文设计了一种超灵敏全细胞细菌生物传感器，并与光电测量模块联用，用于检测尿中血红素。血红素是红细胞裂解后释放的成分。该细菌传感器由携带血红素敏感合成启动子并整合来自发光杆菌 luxCDABE 荧光素酶报告基因的大肠杆菌组...
随着新冠疫情第二波持续，快速且低成本诊断方法十分必要。本研究开发并评估一种新的生物电识别检测（BERA）方法，用于临床样本中SARS-CoV-2检测，并探讨其作为即时检测（POC）测试的潜力。所有测试均使用EMBIO Diagnostics开发的定制便携硬件完成。研究采用110个RT-PCR阳性样本和136个阴性样本，用于确定系统检...
近年来，微生物外多糖（EPS）生产受到关注，低成本底物是降低生产成本的关键。本研究以酸奶（S2）、克菲尔（S3）来源的嗜热链球菌（S. thermophilus）分离株及 ATCC 19258（S1）为对象，采用不同果浆研究其 EPS 产量。菌株经形态学和 16S rRNA 序列分析鉴定。EPS 含量以葡萄糖为标准，采用酚-硫酸法分...
基于转录因子（TF）的生物传感器在提高生物制造产量、大规模功能筛选和环境监测中已证明有用。多数酵母 TF 生物传感器由天然启动子构建，保留较大 DNA 片段且与宿主基因组同源性较高，可能增加生物工程难度。因此需要探索更小的合成生物传感器，以扩展酵母基因表达调控选项。本文提出一种系统方法，改进酿酒酵母中基于 Yap1 转录因子的氧化应...
环境监测污染物对主动环境管理和污染控制至关重要。近年来，全细胞生物传感器因可实时、低成本检测多种污染物而受到关注，但数据采集、多污染物检测、信号延迟和生物安全问题限制了现场应用。微流控系统通过集成生物传感器有望解决上述挑战。本文展望了一种新型微流控全细胞生物传感器（MWCB），用于同时监测多种环境污染物，并提出提高特异性、灵敏度和准...
天然产物研究中快速去除已知化合物、释放新活性物质发现能力是重大挑战。本文建立了一种基于 Bacillus subtilis 全细胞生物报告菌的琼脂筛选方法，用于抗菌活性与作用机制（MOA）联合初筛。作者将 yorB、yppS、bmrC、ypuA 和 liaI 应激诱导启动子分别与 lacZ 报告基因融合，并整合到 B. subtil...
微生物反应器传感器（基于新鲜收获的完整微生物细胞）或微生物膜传感器（基于固定化微生物细胞）可作为研究生物传感器响应形成过程的便捷工具，例如酶的性质或代谢特征。然而，仅研究其中单一过程时，生物传感器响应的形成机制尚未被完全理解。本文报道了以完整和固定化细菌细胞作为识别元件时，对胡桃醌（juglone）响应的形成研究。结果表明，活性氧（...
基于转录调控蛋白（TRP）的全细胞生物传感器目前应用广泛。本文证明其在筛选小分子细胞外排泵和内排泵方面具有巨大应用潜力。首先，通过改变 TRP VanR 的配体特异性，构建了香草醛全细胞生物传感器，并以该传感器作为高通量筛选工具，从随机基因组突变库中筛选出香草醛产量提高的菌株。研究发现，AcrA 蛋白失活会导致胞内香草醛浓度显著升高...
临床需要简单、定量的工具检测黑尿病患者体内的尿黑酸。本研究报道了一种基于绿色荧光蛋白表达的全细胞生物传感器，用于检测尿黑酸并辅助诊断黑尿病。该传感系统利用从铜绿假单胞菌基因组中分离的 hmgA 启动子序列，构建 phmgA::GFP 转录融合模块。为提高灵敏度，作者将该传感模块转入多个在苯丙氨酸和酪氨酸经尿黑酸代谢步骤中受损的转座子...
定向进化是优化蛋白质和代谢反应的有效方法，但通常需要在突变、筛选和扩增之间反复迭代，劳动密集且受初始序列空间与筛选通量限制。本文建立了一种整合连续超突变与高通量筛选的定向进化工作流，用于代谢途径酶优化。该工作流利用正交复制系统OrthoRep在酿酒酵母中持续生成目标酶变体，并采用基于转录因子的生物传感器对最佳性能变体进行高通量分选。...
遗传工程尤其是合成生物学的发展推动了新型金属生物传感器的构建。本研究基于假单胞菌 Pseudomonas putida 来源的 cad 操纵子，设计并构建了翻译偶联的人工 cad 操纵子，成功开发了单信号、双信号和三信号输出的 Cd(II) 全细胞生物传感器。三种传感器均能检测 0.1–3.125 µM Cd(II)，报告信号随浓度...
基于细胞的生物传感器利用细胞对环境响应的能力，将其感知机制重新用于检测。MerR 家族蛋白是调控细菌金属抗性基因表达的激活/阻遏开关，已被用于金属生物传感器。金属结合后，其构象改变使基因表达由关闭转为开启。多金属抗性菌株 Stenotrophomonas maltophilia Oak Ridge 02（S. maltophilia...
全细胞生物传感器因可再生、环保和生物相容性，被视为化学与物理生物传感器的替代方案，但基于全细胞传感器的非侵入性尿液葡萄糖检测仍缺乏。本研究表征了葡萄糖诱导启动子 PI，并进一步利用三种遗传效应器——核酶调节子 RiboJ、CRISPR 干扰（CRISPRi）和质粒驱动 T7 RNA 聚合酶（PDT7）——提升传感性能，开发基于荧光信...
开发并优化小分子生物传感器是合成生物学的核心目标。本文通过引入额外细胞组分，防止目标分子从细胞中扩散，从而提高生物传感器灵敏度。作者证明，利用磷酸化将红霉素A（erythromycin A, EryA）截留在大肠杆菌内，可使其 MphR 生物传感器的灵敏度提高约10倍。结合此前对 MphR 的工程改造，优化后的传感器可检测低至13 ...
本研究针对多种毒素联合暴露风险，开发了一种基于活哺乳动物细胞的光学生物传感器，用于监测水样中镉（Cd）和脱氧雪腐镰刀菌烯醇（DON）并评价其联合毒性。前期调查发现DON与Cd常同时存在于多种产品中，RNA-seq显示AP-1参与HT-29细胞中DON+Cd的联合毒性。据此构建并优化了AP-1位点-mCherry荧光报告生物传感器，并...
本研究开发了一种基于3D打印的“蜂窝”电化学生物传感器，用于非侵入性监测三维培养细胞活力，并评估脱氧雪腐镰刀菌烯醇（DON）、3-乙酰脱氧雪腐镰刀菌烯醇（3-ADON）和15-乙酰脱氧雪腐镰刀菌烯醇（15-ADON）的单独或联合毒性。将碳纳米纤维（CN）/甲基丙烯酰明胶（GelMA）导电复合水凝胶打印在8通道丝网印刷碳电极（SPCE...
微生物是生态系统与生物地球化学过程的关键驱动者，但其三维组织如何影响整体功能仍不清楚。为探究生物膜结构如何影响微生物活性，作者开发了一种基于投影微立体光刻（PμSL）的微生物生物打印技术（SLAM Bioprinting），将细菌图案化并封装到光聚合水凝胶三维结构中。该技术使用 405 nm LED 投影、LAP 光引发剂和 PEG...
水被病原菌污染是全球重大公共卫生问题，但快速监测水体细菌污染仍具挑战。本研究利用合成生物学构建了一种新型全细胞生物传感器，用于检测铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）和类鼻疽伯克霍尔德菌（Burkholderia pseudomallei）引起的水体污染。该传感器通过响应目标病原菌分泌的群体感应信号分子实现检...
合成生物学使重组微生物能够生产用于医药、食品和材料的小分子。产物分泌可降低分离纯化成本，但由于对转运蛋白功能理解有限，工程化改造具有挑战性。本文描述了一种全基因组转运体敲除方法，结合代谢物生物传感器，可在酿酒酵母中鉴定影响特定目标代谢物生产的转运体。作者将该方法应用于外源化合物顺,顺-粘康酸（CCM）、原儿茶酸（PCA）和甜菜红素的...