A Single-Layer PDMS Chamber for On-Chip Bacteria Culture.
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...
Directed evolution of a transcription factor PbrR to improve lead selectivity and reduce zinc interference through dual selection.
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...
Acclimation of bacterial cell state for high-throughput enzyme engineering using a DmpR-dependent transcriptional activation system.
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）...
Developing a highly efficient hydroxytyrosol whole-cell catalyst by de-bottlenecking rate-limiting steps.
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...
Synthetic homoserine lactone analogues as antagonists of bacterial quorum sensing.
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 ...
Optimization of Experimental Variables Influencing Apoptosome Biosensor in HEK293T Cells.
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...
Improvement of l-Valine Production by Atmospheric and Room Temperature Plasma Mutagenesis and High-Throughput Screening in
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...
A Novel Genetically Encoded Single Use Sensory Cellular Test System Measures Bicarbonate Concentration Changes in Living Cells.
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...
Genetically Engineered Human Kidney Cells for Real-Time Cytotoxicity Testing In Vitro.
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...
New Insight into Plasmid-Driven T7 RNA Polymerase in
T7 RNA聚合酶（T7RNAP）与T7启动子是合成生物学中强大的遗传元件，质粒驱动T7（PDT7）回路具有广泛应用前景，但其毒性与不稳定性仍限制使用。本研究构建了16种组成型PDT7遗传回路，系统考察T7RNAP与T7启动子正交性对毒性和稳定性的影响。通过构建过程、细胞生长曲线和蛋白分析，阐明T7系统毒性主要源于T7系统对RNA合...
A New Biosensor for Stilbenes and a Cannabinoid Enabled by Genome Mining of a Transcriptional Regulator.
体内生物传感器是代谢工程和合成生物学中的有力工具，但已表征转录调控因子数量有限，制约了新生物传感器的开发。微生物广泛的感知能力和大量可用基因组序列，为通过基因组挖掘新转录调控因子开发新型生物传感器提供了潜力。本文报道了通过挖掘 Novosphingobium aromaticivorans DSM 12444 基因组，开发并工程化一...
A sperm-cell-based biosensor using a fluorescence probe for responsive signal readout toward bitter flavor detection.
苦味检测因药物和食品安全问题受到广泛关注，现有苦味评价方法在性能和操作方面仍有提升空间。本研究提出一种新型精子细胞生物传感器（SCB），以活小鼠精细胞作为主要传感元件，采用 Fluo 4-AM 作为荧光换能器，并结合流式细胞术实现苦味化合物的快速定量检测。研究通过不同奎宁浓度优化了 SCB 的制备条件，并采用奎宁及另外两种苦味化合物...
Dissolved organic matter controls of arsenic bioavailability to bacteria.
灌溉和饮用水中的砷对全球人类健康构成威胁。溶解性有机质（DOM）是普遍存在且具光反应性的砷吸附剂，既能抑制也能增强砷的迁移。微生物可通过被认为发生在细胞内的氧化还原过程控制矿物结合砷的释放，但 DOM 对微生物砷生物可利用性的作用虽常被提及，却缺乏实验检验。本研究使用全细胞生物传感器，检验 DOM 对 As(III) 和 As(V)...
Building artificial genetic circuits to understand protein function.
仅凭三维结构难以完全揭示蛋白质的固有功能属性，系统分析突变蛋白变体可提供关键信息。深度突变扫描可在单次实验中同时分析数百万种蛋白变体的功能，但必须将突变基因型与可选择的表型相耦合。本章概述如何在酿酒酵母中构建人工遗传回路，以维持基因型—表型联系，从而实现该策略的通用应用。文中描述了在酵母中设计遗传选择、构建突变蛋白库以及分析测序数据...
New HER2-negative breast cancer subtype responsive to anti-HER2 therapy identified.
目的：在识别 HER2 阴性乳腺癌患者是否适合抗 HER2 治疗时，除 HER2 蛋白定量外，测量 HER2 信号功能活性可能很重要。CELx HSF 测试利用患者活肿瘤细胞在生物传感器上的阻抗变化，识别 HER2 相关信号异常升高（HSFs+）且可能对抗 HER2 治疗有反应的患者。方法：该测试用于评估检测异常 HER2 信号的灵...
Development of High-Performance Whole Cell Biosensors Aided by Statistical Modeling.
全细胞生物传感器是由细胞组分构成的遗传系统，可将化学物质或其他刺激转化为用户定义的基因表达输出，用于传感与控制。然而，实现最佳性能所需的生物传感器调控组分表达水平并不直观，传统迭代方法难以高效探索多维实验空间。为此，作者采用实验设计（DoE）方法系统映射基因表达水平，并构建性能增强的生物传感器。该方法应用于响应木质素生物质分解产物原...
Understanding mercury methylation in the changing environment: Recent advances in assessing microbial methylators and mercury bioavailability.
甲基汞（MeHg）是一种神经毒素，主要来源于自然水环境中微生物对无机汞的甲基化，并通过食物链生物富集和生物放大，威胁人类健康。极地地区和稻田土壤是潜在的汞甲基化热点，易受全球气候变化和可持续农业耕作措施等自然与人为扰动影响。本文讨论了环境条件变化对甲基化微生物群落和汞形态的影响，并综合了当前识别活性汞甲基化者及评估不同汞形态生物可利...
An FcεRI-IgE-based genetically encoded microfluidic cell sensor for fast Gram-negative bacterial screening in food samples.
本研究构建了一种基于 FcεRI-IgE 的基因编码微流控细胞传感器，用于食品样品中革兰氏阴性菌的快速筛查。通过基因工程抗体技术制备 CD14-Fcε IgE 嵌合蛋白，使其能够识别目标细菌或脂多糖（LPS）。首先利用慢病毒转染建立稳定表达 GCaMP6s 的 RBL-2H3 肥大细胞系，以监测细胞内钙离子流并提高检测灵敏度。微流控...
Newly Developed System for Acetamiprid Residue Screening in the Lettuce Samples Based on a Bioelectric Cell Biosensor.
随着人口增长和果蔬产量需求增加，农业生产对快速检测农药残留提出更高要求，但传统实验室方法往往耗时数天。本研究开发了一种基于生物电细胞生物传感器（BERA）原理的定制检测系统，通过测量细胞膜电位变化对关键农药进行多项目现场筛查。该系统采用新开发的多通道硬件和 Android 应用程序，可在 3 分钟内给出结果。实验表明，噻虫嗪（ace...
Processing two environmental chemical signals with a synthetic genetic IMPLY gate, a 2-input-2-output integrated logic circuit, and a process pipeline to optimize its systems chemistry in Escherichia coli.
合成遗传器件可在活细菌中执行分子计算，感知多种环境化学信号并按人工设计进行逻辑处理。IMPLY 是四种基本逻辑功能之一，属于“若P为真则输出跟随Q，否则为真”的约束型逻辑。本文借鉴电子学层级思想，在单个大肠杆菌细胞中设计、构建并优化了一种全谱转录级联合成遗传 IMPLY 门，使其能够感知并整合两种环境化学信号。该 IMPLY 门被进...