利用酶表达生产目标化学品时，酶活筛选至关重要。本研究提出一种改进耗时费力的酶筛选流程的方法。通过 CRISPRi 系统使用不同 sgRNA 靶向编码碳酸酐酶 can 的必需基因，实现细胞生长控制（CRISPRi::CA）。CRISPRi::CA 构成一种全细胞生物传感器，可监测 1%–5% 的 CO2 浓度。基于 CRISPRi::...
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...
本文报道了一种高灵敏、高特异的汞全细胞生物传感器。作者以非选择性金传感器 GolS 的变体 GolS77 及其调控通路为基础，通过替换其金属结合环（MBL），引入铜绿假单胞菌 Tn-501 或巨大芽孢杆菌 MerR 同源蛋白的金属结合环，构建了 GolS77-LRT 和 GolS77-LRB 传感器。其中 GolS77-LRT 对 ...
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...
具有可溶性甲烷单加氧酶（sMMO）的甲烷氧化菌在生态与生物技术应用中潜力巨大。本文开发了一种高通量方法，通过整合液滴微流控与遗传回路生物传感器系统，鉴定产 sMMO 的微生物。将 sMMO 产菌与 GESS 传感器细胞共封装于单分散水包油液滴中，以苯为底物，孵育 5 h。传感器细胞作为酚敏感转录激活的荧光报告系统，苯酚诱导 dmpR...
世界卫生组织指出，砷是受影响人数最多的水污染物，亟需廉价、快速、易用的检测系统。全细胞生物传感器具有满足这些条件的潜力，但常灵敏度不足。本研究以磁致细菌（MTB）为细胞底盘，构建高灵敏度磁性细菌生物传感器。通过生物信息学在 Magnetospirillum magneticum AMB-1 和 Magnetospirillum gr...
细菌活细胞传感器是检测环境毒素的有力工具。本研究建立并验证了基于DNA甲基化记忆功能的大肠杆菌阿拉伯糖传感器系统的流式细胞术读出方法。流式细胞术操作便捷，可实现多参数分析，并提供单细胞异质性信息，有利于此类传感器系统的进一步发展。鉴于抗生素污染与多重耐药病原体的重要性，作者设计了一种四环素传感器系统：通过用编码四环素阻遏蛋白的tet...
酶工程获得新功能需要高效遍历巨大的组合序列空间。通常，获得显著性能提升需要多个突变，而单个不良突变就可能使酶失活。为建立高通量筛选并提高不同变体之间的分辨率，作者利用工程化正反馈回路快速筛选有机磷酸酯水解酶对氧磷酶1（PON1）的遗传文库：对硝基苯酚（PNP）特异性转录因子（TF）调控PON1表达，而PON1催化对氧磷（paraox...
本研究开发了一种新型安培式藻类生物传感器，用于检测河水中光合抑制型除草剂。将绿色光合藻类衣藻（Chlamydomonas reinhardtii）固定化于碳黑（CB）修饰的丝网印刷电极（SPE）上，利用碳黑作为智能纳米材料监测光合作用过程中藻类氧气释放的变化。除草剂存在时，光合电子传递受阻导致氧气释放下降，安培电流信号随被测物浓度降...
微流控与显微成像结合已成为在细胞分辨率下研究植物生理和根-微生物相互作用（RMI）的有力手段，但现有装置多用于拟南芥，缺乏适用于木本植物的活体研究平台。本文报道了一种名为 RMI-chip 的简单微流控装置，可使颤杨（Populus tremuloides）幼苗在持续营养液灌注下生长超过一个月，从而对活根与根际细菌的相互作用进行连续...
蝎毒是生物活性分子的丰富来源，但影响胞质钙离子（Ca2+）的毒素肽表征有限。本研究对澳大利亚蝎 Hormurus waigiensis 毒液进行功能筛选，以评估其动员 Ca2+ 的广度。作者构建了稳定表达遗传编码 Ca2+ 报告蛋白 GCaMP5G 和兔 1 型ryanodine受体（RyR1）的人胚胎肾细胞（HEK293）系，作为...
芯片上细胞培养装置已广泛用于哺乳动物细胞和细菌研究，但多数设计依赖多层PDMS微流控阀，制造和操作复杂。本文提出一种基于单层PDMS微流控阀的芯片上大肠杆菌培养腔。为实现培养基持续流动，作者开发了一种（半）常闭单层微流控阀：在静息状态下，阀体侧边约0.5 µm缝隙允许培养基通过并阻挡细菌；施加负压时柔性PDMS膜变形，使细菌进入培养...
定向进化已被证明是开发具有新颖或增强功能蛋白和菌株的有力工具。本研究设计了一种双选择系统，以氨苄青霉素抗性基因 amp 作为正选择标记，以果聚糖蔗糖酶基因 sacB 作为负选择标记，用于调节转录因子对特定配体的结合特异性。该系统被应用于本实验室此前构建的铅响应转录因子 PbrR 全细胞铅生物传感器。经过多轮 ON–OFF 选择，筛选...
基于遗传电路的生物传感器已成为合成生物学中筛选新型生物催化剂和代谢途径的有效分析工具。σ54 依赖性转录因子（TF）相较于多数管家型 σ70 转录因子具有本底沉默特性，可作为此类生物传感器的有价值元件。本文表明，σ54 依赖性 TF 的独特性质可用于调控宿主细胞状态，使其更适合高通量筛选。作者利用鸟苷（五）四磷酸（(p)ppGpp）...
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...
群体感应（QS）是依赖细菌密度的细胞间通讯机制，可协调毒力因子产生和生物膜形成。群体感应抑制（QQ）通过干扰 QS 治疗细菌感染，是前景策略。本研究合成并表征了四种与高丝氨酸内酯结构相近的 TGK 系列化合物，并利用大肠杆菌 Top 10 QS 生物传感器菌株（GFP 报告系统）检测其 QS 抑制活性；该菌株通过胞内蛋白 LuxR ...
凋亡蛋白酶激活因子1（Apaf-1）分裂荧光素酶生物传感器已被用作检测早期凋亡的生物工具。此前，研究者通过细胞体系中多柔比星的作用以及无细胞体系中细胞色素c和ATP的添加，验证了该报告系统检测凋亡小体形成的功能。本研究建立了一种不依赖药物、细胞色素c/ATP的凋亡诱导方式，即依靠生物传感器自身表达诱导凋亡小体形成。在无药物处理条件下...
L-缬氨酸是支链氨基酸，也是多数哺乳动物必需营养素。本研究首先构建了 L-缬氨酸生产菌谷氨酸棒杆菌 C. glutamicum ΔppcΔaceEΔalatΔpqo。在此基础上，作者构建了基于 Lrp 型转录调控因子和温度敏感复制子的改进生物传感器，用于将胞内 L-缬氨酸浓度转换为可筛选的荧光输出。随后，利用大气常温等离子体（ART...
碳酸氢根在细胞呼吸和pH稳态中起核心作用，但以往活细胞内碳酸氢根浓度变化只能通过胞内pH变化间接测量。本文报道了一种遗传编码、pH无关、基于荧光的单次使用细胞传感测试系统，用于监测活细胞内碳酸氢根浓度变化。该系统由截短可溶性腺苷酸环化酶sACtr和cAMP FRET报告蛋白CEPAC组成：碳酸氢根激活sACtr后催化cAMP合成，c...
传统毒理学研究常依赖体内动物模型。近年来，体外器官特异性细胞模型被用于加速检测并降低成本。为支持具有监管应用前景的体外细胞模型研究，作者开发了一种名为 HK2-Vi 的“设计型”人肾细胞系，可在直接暴露的体外模型中通过荧光方式测量潜在毒素对人近端小管细胞活力的细胞毒性。HK2-Vi 被设计为无试剂动力学检测体系，可提供毒素暴露后短期...