全球生活污水年产量约310 km3，污水中因生活用水使用而含有重要有机负荷。该有机负荷通常采用标准方法，即五日生化需氧量（BOD5，ISO 5815）进行表征，以反映可生物降解有机负荷。然而，BOD5测定协议非常耗时，需要5天，并且由于环境接种体的变化，约20%的结果可能出现变异。为弥补这些限制，本文提出一种创新概念，依赖于严格筛选...
在阿尔茨海默病（AD）和 tau 蛋白病中，tau 聚集伴随进行性神经退行，且聚集 tau 似乎通过朊病毒样种子作用在相邻神经元和脑区间传播。因此，抑制该种子作用可能成为治疗 tau 蛋白病的途径。作者报道了 tau 聚集倾向片段 SVQIVY 的 1.0 Å 微电子衍射结构，该片段存在于 AD 和 tau 蛋白病患者来源纤维核心中...
由于纳米材料潜在毒性，其生物相容性评价备受关注，但传统生物相容性检测难以快速给出毒性报告。我们开发了一种基于全细胞的生物传感器，用于追踪纳米材料生物相容性，旨在为降低毒性水平的纳米材料工程化提供快速反馈。利用合成生物学方法，我们对四种热休克反应（HSR）蛋白的启动子进行了工程化改造。初始设计中，将报告基因克隆至所选启动子下游。初步结...
基于细胞的生物传感器是生物技术中的关键工具，近年来因减少动物实验以及高通量、低成本体外筛选平台在环境诊断、生物医学诊断、药物开发和毒理学中的需求而重要性不断提升。电化学/电子细胞生物传感器能够以非侵入、无标记方式长期实时监测细胞生理状态，并具有自动化和并行化潜力，但普遍存在需要表面修饰以保证细胞粘附、与光学检测兼容性有限、以及依赖频...
全细胞生物传感器因稳健、环保且成本低而受到关注，但多数传感器使用天然野生型启动子，常存在背景噪声高、灵敏度低的问题。本研究通过设计启动子的核心元件，即RNA聚合酶结合位点和转录因子结合位点，提高全细胞生物传感器电路的信噪比。以概念验证为目的，作者对大肠杆菌K-12基因组中的亚砷酸盐调控启动子进行改造，通过平衡ArsR结合位点（ABS...
全细胞生物传感器具有简单、快速、低成本检测重金属的潜力，但基因电路构建模式对其性能的影响长期缺乏系统研究。本研究首次构建并比较了铅和汞检测的反馈耦合、非耦合和半耦合三种基本基因电路模型，探讨解耦传感电路拓扑对报告信号的影响。结果表明，非耦合模型对铅（50 nM）和汞（1 nM）具有更高灵敏度，而反馈耦合电路对汞具有更宽检测范围（10...
我们提出一种集成式智能手机全细胞生物传感器 LumiCellSense（LCS），其包含带氧透涂层的 16 孔生物芯片、生物发光大肠杆菌报告细胞、微距镜头、镜筒、金属加热托盘以及温控器，并整体封装于不透光外壳内。当目标化学物质存在时，报告细胞发出生物发光；手机相机对该发光进行成像，专用手机内置应用 LCS_Logger 用于计算光子...
土壤细菌通过多种感觉系统感知并响应环境信号。双组分系统是广泛存在的信号转导系统，通常由感觉激酶和响应调节蛋白组成；细菌趋化系统是一种改良型双组分系统，通过行为适应实现向或远离化学刺激移动。为简化细菌趋化受体所感知配体的鉴定，作者将假单胞菌趋化受体的感觉域与大肠杆菌 NarX/NarQ 硝酸盐感觉蛋白的信号域融合，构建混合传感器蛋白，...
针对环境和人体健康威胁的低成本、便携式检测需求，作者提出一种无标记光学全细胞大肠杆菌生物传感器，用于检测合成拟除虫菊酯类杀虫剂暴露的生物标志物3-苯氧基苯甲酸（3-PBA）。该传感器类似竞争ELISA，但使用表面展示抗3-PBA单域骆驼源纳米抗体（VHH）的全细胞作为检测元件。工程菌与3-PBA-蛋白偶联物混合后发生可肉眼观察的交联...
在工程化大肠杆菌中构建的从头香草醛生物合成途径具有工业价值，但受儿茶酚 O-甲基转移酶（OMT）催化原儿茶酸转化为香草酸这一步骤限制。为寻找替代 OMT，作者基于鞘氨单胞菌 VanR-VanO 系统构建了香草酸遗传编码生物传感器。利用大肠杆菌启动子库进行理性优化后，最佳构建体获得大于 14 倍的动态范围。该传感器及其进化变体表现出显...
全细胞生物传感器为重金属检测提供了简便方法，但以往设计主要模拟细菌重金属抗性系统，缺乏理性设计理论。本研究提出基于MerR家族传感器蛋白（SP）的金属检测电路设计策略。利用热力学模型设计一系列组成型启动子，调控cadR、pbrR、cueR和merR等SP表达水平，并以相应传感器蛋白结合启动子（SPBP）驱动eGFP报告基因。结果表明...
本研究将稳定转染大鼠P2X2受体亚基的人胚胎肾293细胞（HEK293-P2X2）与200 nM孕酮（PROG）预孵育，构建HEK293-P2X2-PROG嗅探细胞/生物传感器。PROG是同源P2X2受体的强效正变构调节剂，可显著提高细胞对低纳摩尔胞外ATP的检测能力。将负载Fura-2的HEK293-P2X2-PROG细胞急性铺于...
群体感应（QS）介导的生物膜形成根际细菌对作物根际竞争力至关重要。本研究报道了田间条件下水稻根中能够产生N-酰基高丝氨酸内酯（AHL）作为QS信号的多样化细菌种类。利用生物传感器报告菌Chromobacterium violaceum CV026覆盖法，直接从水稻根分离AHL产生菌，并用微孔板法评价其生物膜形成能力。从7、20、24...
细胞基生物传感器（CBBs）是通过遗传工程改造的活细胞，用于以高灵敏度和特异性、低成本且非侵入方式检测分析物。细胞天然感知环境刺激，将天然转录应答与比色、荧光或生物发光报告基因表达连接后，可连续感知生物分子并报告信息。合成生物学进展推动CBBs向临床应用发展。细菌和哺乳动物细胞均可构建全细胞传感器，包括实验室菌株和人体共生菌。通过重...
代谢物生物传感器是高通量筛选和代谢通路动态调控的重要工具，其动态范围决定输出信号与背景噪声的区分能力。本研究以枯草芽孢杆菌 fapO/FapR 系统为例，在酿酒酵母中扩大基于转录因子生物传感器的最大动态范围。作者改造了五个天然启动子，包括组成型启动子和葡萄糖调控型启动子，并系统评估核心启动子中不同 fapO 结合位点位置对表达水平的...
生物传感器可用于筛选或选择工程微生物中小分子的生产，但传感器自身发生突变会干扰准确信号转导，导致大量假阳性。已有策略通过将生产途径与生物传感器物理分离来避免该限制，但此前仅用于筛选而未用于选择。本文开发了一种基于共培养细菌竞争的新型生物传感器介导选择策略。以 cis,cis-粘康酸（cis,cis-muconate）生物合成为例，作...
表生菌Pseudomonas syringae B728a产生具有吸湿性的生物表面活性剂syringafactin。其吸水潜力较高：在高相对湿度下可吸收自身重量250%的水，但在较低相对湿度下吸湿性明显降低，提示该物质对产生细胞的益处强烈依赖环境。作者利用表达GFP的水胁迫激活proU启动子生物传感器菌株，评估syringafact...
本文综述了面向现场分析应用的全细胞微生物生物传感器的发展，重点讨论器件开发与细胞固定化策略。文章首先介绍全细胞生物传感器基本原理，说明通过合成生物学对细胞进行遗传工程改造，使目标分析物能够诱导或抑制报告基因表达，从而产生荧光、生物发光或电化学信号。随后提出从实验室走向现场应用所需的设计框架，涵盖菌株选择、生物安全、器件制造、储存稳定...
污水处理厂是地表水中药物化合物主要释放源，即使低浓度也可能产生长期环境不利影响。为高效控制药物去除，需要实时识别。目前此类化合物定量依赖专业实验室，耗时且昂贵。本文报道一种用于检测药物化合物双氯芬酸的新型生物传感器，其成本低、操作简便，可直接现场应用。双氯芬酸的识别基于基因工程酵母细胞，这些细胞在双氯芬酸存在下以浓度依赖方式产生绿色...
蛋白工程在开发新代谢途径和优化现有途径中日益重要。传统基因/酶变体库筛选常在非生产菌株或非相关培养条件下进行，未必能选出最适合生产菌株体内使用的最佳酶变体。本文提出一种整合 CRISPR/Cas9 辅助目标基因工程与生长耦合、传感器引导体内筛选（CGSS）的方法，用于蛋白工程和代谢途径优化。作者以芳香氨基酸合成关键酶 3-脱氧-D-...