腐胺是生物基聚酰胺的重要单体，具有广阔工业应用前景。在以葡萄糖为唯一碳源的大肠杆菌腐胺发酵中，前体赖氨酸的利用与细胞毒性腐胺积累之间的协调不足，是限制高产的主要瓶颈。本研究在大肠杆菌中开发了一种赖氨酸生物传感器，用于动态调控腐胺合成。该传感器基于赖氨酸转运蛋白 LysP、转录激活因子 CadC 以及受 Pcad 启动子控制的 GFP...
植物天然产物（PNPs）具有多种药理活性，在全球市场具有巨大潜力。与传统植物提取和化学合成相比，微生物细胞工厂（MCFs）为高价值 PNPs 的合成提供了经济、可持续的替代途径。然而，异源合成通路通常缺乏天然调控系统，会给宿主细胞带来额外代谢负担。为克服这一挑战，生物传感器被开发并工程化，作为构建人工调控网络、根据环境信号控制酶表达...
戊内酰胺是制造高价值尼龙-5和尼龙-6,5的单体。然而，戊内酰胺的生物合成受限于将5-氨基戊酸环化为戊内酰胺的酶效率不足。本研究构建了携带戊内酰胺合成途径的谷氨酸棒杆菌：来自铜绿假单胞菌的DavAB将L-赖氨酸转化为5-氨基戊酸，来自丙酸梭菌的β-丙氨酸CoA转移酶Act将5-氨基戊酸转化为戊内酰胺。大部分L-赖氨酸转化为5-氨基戊...
合成生物学与基因工程的发展使基于生物元件的传感与调控需求日益增加。转录因子（TF）生物传感器可通过检测多种化学化合物并触发相应输出，是合成生物学中的有前景工具。然而，其广泛应用仍受限于代谢物激活型转录因子（aTF）知识库较小、新 aTF 鉴定方法不足以及新型生物传感器回路设计流程有待完善等问题。本文综述了当前关于 TF 生物传感器的...
过去数十年，基于细胞内生物传感器的动态调控策略在提高有用化合物产量方面取得显著进展。该方法可在维持最佳生长状态的同时实现高生产率。然而，工业发酵体系中同时存在高/低性能非遗传变异体以及不同生长阶段的年轻和衰老细胞，这种显著个体差异会阻碍在单细胞水平精确控制代谢通量，从而难以在宏观群体水平获得高生产率。细胞内生物传感器作为代谢网络的调...
微生物细胞内源代谢通路通常由精密调控网络控制。然而，在微生物宿主中引入异源通路时，由于缺乏相应调控，常导致酶表达和碳流分布失衡，阻碍高效微生物生物合成系统构建。本研究以柚皮素为目标化合物，建立了自主级联人工动态（AutoCAD）调控系统，自动协调通路表达并重定向碳流，以提高柚皮素产量。该系统同时包含基于中间产物的前馈和基于产物的反馈...
为克服诱导剂添加和生物传感器等动态调控策略存在的毒性、成本与灵活性不足，本研究设计了一种光遗传双开关系统，用于提高聚羟基丁酸酯（PHB）产量。首先，通过优化核糖体结合位点（RBS），筛选出具有约10倍绿光激活与红光抑制动态范围的 RBS10–CcaS#10–CcaR 光感应/调控系统；随后，将其与经改造以降低串扰的蓝光激活 YF1–...
微生物可将廉价可再生底物转化为高价值代谢物，但代谢通路优化仍受复杂生物学限制。遗传编码生物传感器可检测代谢物浓度或环境变化，并将输入转化为可测量或可执行输出，为复杂通路优化提供调控与监测工具。本文综述转录因子（TF）和核酸类生物传感器在代谢工程动态调控与高产菌株筛选中的最新进展。TF 传感器在配体结合后发生构象变化，调控启动子结合，...
提高目标产物产量是构建和优化微生物细胞工厂的核心目标。赋予菌株基于生物传感器的智能，是解决代谢流不平衡、毒性中间体积累等工程问题的重要途径。近年来，通过理性设计、定向进化或机器学习，针对代谢物和环境信号的遗传编码生物传感器快速发展。除作为高通量筛选中的快速检测方法外，生物传感器越来越多地应用于菌株定向进化和代谢途径动态调控。本文综述...
转录因子生物传感器（TFBs）已广泛用于动态代谢通路控制和高通量筛选。本文系统研究了大肠杆菌水杨酸响应调节因子 MarR 的可调性，以挖掘其工程应用潜力。首先考察了内源 MarR 对 MarR-PmarO 生物传感器系统动态性能的影响。为阐明 PmarO 启动子中 marO 结合盒的功能，作者将 marO 结合盒插入强组成型 pL ...
转录因子型生物传感器（TFB）常用于代谢物检测、适应性进化与代谢通量调控。然而，面向合成生物学应用设计高性能 TFB 仍具挑战。天然 TFB 常因响应时间慢、动态范围、检测范围、灵敏度和选择性不匹配，难以满足实时检测需求；此外，复杂动态调控网络的设计与优化耗时费力。本综述重点介绍 TFB 在代谢物定量、高通量筛选、适应性进化和动态代...
生物加工是一种基于生物催化的技术，已在工业制造中广泛应用，但低生物转化率、低生产力和高成本仍是主要限制。本文综述了近年来开发新型生物催化剂以应对上述挑战的策略。首先讨论蛋白质工程策略，包括定向进化、随机突变、定点突变、从头设计、融合伴侣、分泌表达和启动子工程等，用于提高酶的活性、稳定性、溶解度和表达水平。随后总结代谢工程策略，如基因...
代谢工程是合成高价值化合物的有前景策略，但代谢失衡和毒性中间体常限制细胞生长与产量。基于转录因子的生物传感器可动态调控基因表达，缓解代谢负担，并用于高通量筛选。本文工程化了枯草芽孢杆菌中对香豆酸响应调控子 PadR，构建并优化了 PadR-PpadC 生物传感器系统。研究发现，此前未充分表征的 yveF 和 yveG 两个组分对 P...
4-羟基异亮氨酸（4-HIL）是治疗糖尿病的潜在药物，可在谷氨酸棒杆菌中通过表达异亮氨酸双加氧酶基因 ido，将菌体自身产生的 L-异亮氨酸（Ile）转化为 4-HIL。由于该反应需要 Ile、α-酮戊二酸（α-KG）和 O2 三种底物，静态代谢工程难以高效实现从头合成。本研究利用 Lrp-PbrnFE 型 Ile 生物传感器对 4...
丙二酰辅酶A（malonyl-CoA）是多种生物活性化合物和维持生命所需脂肪酸合成的基本但有限前体。本研究在 Komagataella phaffii 中构建了一套可动态重定向 malonyl-CoA 通量的生物合成系统，以提高 malonyl-CoA 衍生的聚酮化合物 6-甲基水杨酸（6-MSA）产量。作者将酵母激活子 Prm1 ...
木糖氧化途径（XOP）是原核生物中替代传统戊糖同化途径的重要代谢路线，起始于 D-木糖被氧化为 D-木酮酸，再转化为 α-酮戊二酸或丙酮酸加乙二醛。XOP 的主要缺陷是 D-木酮酸中间体持续积累，导致培养基酸化并抑制细胞生长与代谢物再同化。本研究开发了一种 pH 响应型合成遗传控制器，利用改造的跨膜转录因子 CadCΔ 作为传感元件...
微生物细胞工厂可持续生产化学品、燃料和药物，但高通量检测产物合成仍费时费力，因为产物合成常无明确表型，传统分析难以快速评价菌株。遗传编码生物传感器可感知代谢物并将检测与执行器偶联，实现单细胞水平快速检测小分子，是高通量分析的有前景工具。本文综述酿酒酵母中生物传感器设计与工程化进展及其在代谢工程中的应用，介绍转录因子型、RNA型和酶耦...
微生物利用生物质生产高附加值化学品是化学合成的可持续替代途径。为提高产物滴度、产率和选择性，需优化工程菌中的代谢通路。动态通路调控可在发酵过程中调节通路相关酶的表达，从而将内源通量导向产物合成、平衡关键中间体的生成与消耗，并抑制毒性中间体早期积累。本文在大肠杆菌中叠加两种正交、自主且可调的动态调控策略，以独立调节两种不同酶的表达，提...