将合成基因电路导入肠道细菌以感知、记录并响应体内信号，是诊断、治疗和预防疾病的新策略。然而，疾病响应电路的设计受限于已知生物传感器数量有限。本研究在大肠杆菌中应用稳健的遗传记忆电路，在健康与疾病哺乳动物肠道中鉴定新的细菌生物传感器触发器，用于构建诊断或治疗电路。作者建立了基于高通量文库构建、筛选、二代测序和计算分析的系统级流程，能够...
视觉假体通过电刺激存活视觉细胞为盲人提供人工视觉，但高分辨率视觉感知、长期生物相容性和安全性仍是现有视觉假体的主要挑战。本文提出一种利用活细胞作为集成电子器件和可植入微电极的新型视觉假体方法。作者将通道视紫红素2（ChR2）导入人胚胎肾细胞（HEK293），使其表达ChR2-增强型黄色荧光蛋白（EYFP）融合蛋白，构建光遗传工程细胞...
MicRoboCop是一种面向法医化学应用的生物传感器系统，由三个装置组成，联合使用时可通过在枪击残留物（GSR）关键分析物存在下产生荧光信号来指示GSR的存在。该方案描述了利用大肠杆菌（E. coli）合成生物传感器，以及用于评价传感器选择性和灵敏度的分析化学方法。系统功能通过采集自使用过的弹壳内壁的GSR进行验证。制备完成后，生...
病原菌尤其是其抗生素耐药性的简便经济鉴定对人类健康与安全至关重要。大肠杆菌（Escherichia coli, E. coli）的存在被视为水体污染指标，并与人类健康密切相关。本文受细菌表面生物催化启发，开发了一种简单、低成本的比色与电化学生物检测方法，可同时分析大肠杆菌的存在及其相对抗生素耐药水平。该方法以对苯醌（p-benzoq...
可靠、快速的病毒检测与定量是基础研究和临床应用中野生型或重组病毒研究的关键需求。现有细胞学检测往往耗时长，或需要标记病毒颗粒，可能改变病毒生物学特性或在临床应用中带来安全问题。腺病毒既是重要公共卫生负担，也是疫苗、基因治疗和溶瘤治疗中广泛使用的载体。本文开发了一种遗传编码的开关型荧光生物传感器 cVisensor，其由环化绿色荧光蛋...
人肝癌 HepaRG 细胞表达多数药物代谢酶，是原代人肝细胞培养替代模型，可用于药物代谢与外源物毒性评价。本研究利用慢病毒载体将细胞色素 P450（CYP）1A1/2、2B6 和 3A4 基因的部分启动子序列克隆至 pLV-GFP 报告载体上游，建立稳定表达绿色荧光蛋白（GFP）的转基因 HepaRG 全细胞生物传感器。结果显示，C...
G蛋白偶联受体（GPCR）通过激活相关G蛋白将胞外信号转导至胞内通路，是重要药物靶点。现有细胞法多依赖单一报告通路，且常需细胞标记或报告基因整合。细胞基电阻抗（CEI）生物传感器是一种无标记方法，无需细胞操作，可实时监测受体介导的细胞变化；其阻抗读出整合多种信号事件，对孤儿GPCR配体筛选尤其有利，并可用于患者来源细胞等更贴近疾病的...
微生物对一碳（C1）气体的同化是合成高价值化学品的潜在途径，但 C1 代谢关键酶缺乏高效分析工具，限制了高通量进化研究。为此，作者构建了单细胞水平的遗传生物传感器系统，将转录因子（TF）与若干 C1 转化酶组合，使目标化合物经酶促反应转化为 TF 配体，从而扩展遗传传感系统的检测范围。研究建立了三种遗传酶筛选系统（GESSs）：FA...
阿糖胞苷是急性髓系白血病（AML）治疗的核心药物，评估患者胞内阿糖胞苷三磷酸（ara-CTP）水平对预测治疗反应具有重要意义。本研究在临床环境中，采用新型生物传感器检测非M3型AML患者接受低、标准或高剂量阿糖胞苷治疗后外周循环原始细胞中的ara-CTP，并将最初72小时结果与第28天缓解状态相关分析，同时评估可行性。标准剂量和高剂...
微生物可被工程化合成多种生物产品，但生产表型评价仍是设计-构建-测试循环中的常见瓶颈，菌株开发需要反复构建和测试文库。本文提出共生共培养放大生产表型（SnoCAP）方法。通过代谢交叉喂养回路，将目标分子产量转化为高度可区分的共培养生长特性，从而放大产量差异并转化为明显生长表型。作者以大肠杆菌为模型，分别筛选2-酮异戊酸（异丁醇前体）...
环磷酸腺苷（cAMP）是原核和真核生物中重要的第二信使，介导多种生物学功能。为研究 cAMP 信号及其调控，本文基于合成转基因方法开发了一种蛋白型 cAMP 报告系统。作者将大肠杆菌 cAMP 受体蛋白（CRP）与单纯疱疹病毒 VP16 转录激活域融合，构建哺乳动物表达载体 pLA1，形成人工哺乳动物反式激活因子；该因子可浓度依赖地...
人乳寡糖（HMOs）是人乳中具有重要婴儿健康益处的复杂碳水化合物，但其生物合成优化受限于单糖和糖苷键检测通量低。传统色谱/质谱方法通量通常仅为每天数百样品且难以自动化。本文报道一种遗传编码细菌全细胞生物传感器，通过异源表达岩藻糖苷酶实现岩藻糖基化 HMO 结构 2'-岩藻糖基乳糖（2'-FL）和 3-岩藻糖基乳糖（3-FL）的高通量...
基于微生物细胞的全细胞生物传感器通常依赖应激响应操纵子，用于监测环境污染物。与传统仪器分析相比，生物传感器更便捷、成本更低，但可检测目标受限于有限的遗传操纵子系统。本研究提出一种新策略，通过工程化增强绿色荧光蛋白（eGFP）克服该限制。已知 split-eGFP 的两个片段可重新结合形成天然荧光结构，因此作者在 eGFP 的 β-链...
聚己内酯（PCL）纳米纤维因机械与化学性能优异而常用于组织工程，但聚合物结构缺乏功能基团，限制了其共价修饰。本研究将聚乙烯亚胺（PEI）与 PCL 共混，在静电纺丝纳米纤维膜表面引入氨基，并优化制备参数。通过扫描电子显微镜（SEM）和接触角测量表征 PCL-PEI 纳米纤维，结果表明 PEI 的引入降低了 PCL 表面的疏水性。随后...
本文报道了一种基于固定化海洋细菌Pseudomonas carrageenovora的电位型全细胞生物传感器，用于κ-角叉菜胶的特异性直接测定。该菌可产生κ-角叉菜酶和糖基硫酸酯酶，将其固定于自增塑氢离子（H+）选择性丙烯酸膜电极表面形成催化层；氢离子载体I掺入聚正丁基丙烯酸酯（poly(nBA)）中作为pH离子载体。κ-角叉菜胶经...
全细胞生物传感器（WCBs）已被用于检测三价砷（As(III)），但多数存在灵敏度和特异性不足的问题。本研究在大肠杆菌DH5α中构建了一种带有正反馈放大器的砷WCB。报告基因mCherry的输出信号经正反馈放大器显著增强；以半饱和As(III)浓度评价时，含正反馈WCB的灵敏度比无正反馈高约一个数量级。As(III)最低检测限降低一...
为安全生产和生命，远程或长距离检测爆炸性硝基化合物很重要。本文报道基于水凝胶微珠平台的细菌传感器检测硝基化合物。将遗传工程改造、对硝基化合物敏感并能产生绿色荧光蛋白的大肠杆菌负载于聚(2-羟乙基甲基丙烯酸酯)（poly(HEMA)）基水凝胶微珠中，使细菌荧光信号集中且足够强，便于检测。为高效负载带负电细菌，通过阳离子单体2-(甲基丙...
环境铀监测对水资源保护与核不扩散至关重要，但现有质谱法依赖实验室分析，难以实现大范围原位检测。本文在棒状杆菌（Caulobacter crescentus）中构建了一种全细胞铀生物传感器，将两个功能独立且天然响应铀的双组分系统 UzcRS 与 UrpRS 整合到 AND 门遗传电路中。利用两者不同但不完全的选择性谱，该组合策略显著提...
环境中抗生素等抗菌污染物会促进多重耐药菌的产生与传播。传统细菌药敏试验依赖培养，耗时1–2天，难以满足快速和即时检测需求。本文报道一种基于微生物生物传感器策略的无标记生物传感平台，用于在稀释溶液中开展抗生素检测生物测定。该平台以三维叉指电极阵列（3D-IDEA）阻抗换能器为核心，并在其表面固定大肠杆菌（E. coli）。3D-IDE...
产物抑制是工业酶应用中的常见瓶颈，传统方法需对大量突变体在多种底物和产物浓度下进行体外测试，且结果可能与全细胞代谢环境不一致。本研究针对工业相关酶莽草酸丙酮酸裂解酶（UbiC）建立了一种高通量体内筛选方法，以缓解其产物抑制。作者首先在工业宿主假单胞菌 Pseudomonas putida KT2440 中工程化了一个高特异性、遗传编...