微生物全细胞生物传感器（MWCBs）利用活细胞检测分析物并产生可测量输出，从而实现连续、低成本和原位传感。模块化传感架构是 MWCB 功能的核心，可重新编程以响应多种信号。其中，双组分系统（TCSs）和变构转录因子（aTFs）为构建嵌合蛋白提供了模块化、可工程化的框架。近年来，结构域交换、融合位点选择和蛋白质工程方面的进展扩大了这些...
细菌双组分系统（TCS）因信号放大和宽输入响应而成为生物传感器研究热点。大肠杆菌 CusRS 系统由 cusS 和 cusR 组成，是铜感知模块，但现有 CusRS 传感器灵敏度不足。本研究通过调节 CusR 与 CusS 表达水平、引入拷贝数诱导型质粒进行信号放大，并敲除铜解毒基因 cueO 和 cusCFBA，提高了铜离子生物传...
胞内血红素池既具毒性又具益处，其严格调控对细菌感染存活至关重要。金黄色葡萄球菌利用双组分血红素感知系统 HssRS，通过诱导外排转运蛋白 HrtBA 表达来对抗环境血红素毒性。HssS 为 HisKA 型组氨酸激酶，呈膜结合同源二聚体，含胞外传感区和胞质催化区。作者基于 AlphaFold2 构建 HssS 二聚体模型并进行血红素对...
LytS/LytTR 型组氨酸激酶/响应调节系统调控人或植物宿主感染过程中的关键宿主特异性机制。大肠杆菌含有两套该系统，其中组氨酸激酶 BtsS 是胞外丙酮酸的高亲和感受器，与响应调节蛋白 BtsR 共同激活 btsT 表达，btsT 编码高亲和丙酮酸转运体。然而，丙酮酸结合如何触发应答的分子机制仍不清楚。本文通过实验证明，BtsS...
微生物产生的吲哚代谢物是一类在人类健康、作物生产和抗生素耐药背景下发挥种间与跨界信号作用的分子。作者挖掘蛋白质数据库，寻找可识别吲哚代谢物的传感结构域，并开发了一种检测吲哚-3-甲醛（I3A）的生物传感器。微生物来源的 I3A 可通过激活芳烃受体（AhR）通路减轻溃疡性结肠炎等疾病中的炎症。作者在大肠杆菌中构建携带单一质粒的嵌合双组...
利用先进遗传回路重编程的微生物有望作为多种疾病的活体诊断工具，并在非侵入方式下调节肠道菌群以治疗疾病相关症状。本研究开发了一种可感知并响应肠道炎症生物标志物硝酸盐的设计型益生菌大肠杆菌。首先，利用大肠杆菌 NarX-NarL 双组分调控系统构建硝酸盐响应遗传回路；随后，基于灵敏度与特异性指标优化该硝酸盐生物传感器性能；再将优化后的遗...
环境中持续存在的外源化合物及难降解相关化合物已成为严重污染威胁。生物修复是消除环境中持久污染物的关键。传统生物修复过程存在局限，因此需要发现新的生物修复技术以获得更好效果。本综述提供了通过合成生物学实现生物修复的替代策略展望，包括探索分析研究数据以开发微生物生物修复合成生物学模型的前提条件。此外，描述了合成微生物群落中的细胞协调、细...
围绕组氨酸激酶（HK）与同源响应调节蛋白（RR）之间核心磷酸转移步骤构建的信号转导系统存在于所有生命域中。这类系统称为双组分系统（TCS），是细菌中多组分信号通路的主要形式，但在古菌和真核生物中较少见。核心信号结构域具有模块化特征，可灵活组装为单步磷酸转移或多步磷酸接力通路；前者在细菌中占主导，后者在真核生物中更常见。双组分系统调控...
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，...
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...
本文报道两种工程化细菌荧光生物传感器，用于检测并定量银离子和铜离子。传感器由银/铜抗性操纵子 sil operon 与绿色荧光蛋白基因组成，GFP 表达严格受 sil 操纵子中银激活启动子调控。作者构建 pRADEK.1（含 silE 启动子）和 pRADEK.2（含 silABC 启动子），并转化大肠杆菌 J53(pMG101) ...
本研究构建了可用于高通量筛选谷氨酸产生微生物的氨基酸生物传感器。该传感器基于双组分调控系统（TCRS）与绿色荧光蛋白（GFP）报告系统。作者将来自 Planococcus sp. PAMC21323 的传感器组氨酸激酶 DegS 的 N 端结构域与大肠杆菌渗透压传感器 EnvZ 的催化结构域融合，构建嵌合 DegS/EnvZ（Deg...
大多数细菌在自然环境中以生物膜等多细胞结构生长，环二鸟苷酸一磷酸（c-di-GMP）是调控浮游与固着生活方式转换的关键第二信使，对生物膜形成至关重要。在假单胞菌 Pseudomonas putida KT2440 中，具有二鸟苷酸环化酶活性的多结构域反应调节蛋白 Rup4959 过表达时，胞内 c-di-GMP 水平升高，导致生物膜...
细胞包膜是细菌的关键结构，由质膜、细胞壁以及革兰阴性菌的外膜组成，也是抗生素尤其是抗菌肽的主要作用靶标。维持其完整性对细菌在竞争环境中生存至关重要。细菌常通过双组分系统（2CS）感知外部抗生素威胁或自身产生的抗生素，并诱导特定抗性基因表达。此类转录调控发生在特定靶启动子水平，这些启动子通常受到严格调控，仅在特定抗生素存在时被诱导，且...
细菌双组分系统（TCS）可将快速变化的环境信号转化为细胞调控响应，其模块化结构域为理性设计生物传感器或生物报告菌株提供了基础。本研究功能表征了假单胞菌 Pseudomonas putida CA-3 中负责感知芳香污染物苯乙烯的多结构域 StyS 传感器激酶。通过结构域缺失分析，并评估截短 StyS 蛋白在大肠杆菌宿主中激活同源报告...
本文报道了利用合成生物学策略改造大肠杆菌 HydHG 双组分转录调控网络，以构建具有可调灵敏度的锌离子生物传感器。HydHG 系统可感知胞外锌并调控锌稳态相关基因表达。作者首先在 zraP 启动子控制下引入自激活回路，使 HydG 与绿色荧光蛋白（GFP）报告基因共同表达，并通过 HydG 的正反馈增强 zraP 转录。结果显示，自...
许多微生物宿主中的代谢通路已被构建、改造和工程化以生产有用分子，但最终化合物的滴度和产率常受细胞资源利用不足和代谢失衡限制。能够响应环境及细胞代谢状态并调控通路基因表达的感知-调控装置具有解决这些问题、提高产量和产率的潜力。本综述聚焦细胞生物传感器的设计进展及其在控制微生物行为中的应用。作者将细胞生物传感器定义为由宿主细胞产生信号并...