Synthetic bacteria for the detection and bioremediation of heavy metals.
有毒重金属在环境中的累积已成为人为污染问题，威胁人类健康与生态系统。传统化学和物理修复方法成本高，并可能产生二次有毒废物。微生物生物修复因高效、低成本和可持续而受到关注，但天然微生物遗传复杂且缺乏合适基因工程工具，限制了高效修复菌的构建。合成生物学为微生物修复提供了新途径，可构建具有快速检测、降解重金属并增强耐毒能力的工程菌，同时提...
Improvement of a highly sensitive and specific whole-cell biosensor by adding a positive feedback amplifier.
本研究在假单胞菌 Pseudomonas putida KT2440 中构建了一种同时具有正反馈和负反馈级联放大器的镉离子（Cd2+）全细胞生物传感器 LTCM，并与此前仅含负反馈放大器的 TCM 进行比较。结果表明，LTCM 的线性响应范围由 0.05 μM 扩展至 0.1 μM，在相同培养条件下荧光输出信号提高 1.11–2.6...
TFBMiner: A User-Friendly Command Line Tool for the Rapid Mining of Transcription Factor-Based Biosensors.
响应小分子的转录因子是合成生物学设计中的关键元件，常作为遗传编码生物传感器，用于环境污染物和生物标志物检测以及微生物菌株工程。尽管已有多种策略扩展可检测化合物范围，但转录因子及其诱导分子的鉴定与表征仍费时费力。本文提出 TFBMiner，一种用户友好的命令行数据挖掘与分析流程，可自动、快速鉴定潜在的代谢物响应型转录因子生物传感器（T...
Toward a synthetic hydrogen sensor in cyanobacteria: Functional production of an oxygen-tolerant regulatory hydrogenase in
蓝细菌在利用水氧化电子可持续生产分子氢（H2）方面备受关注，但受限于产氢酶与初级代谢竞争电子、通常被分子氧（O2）抑制，以及若干未知限制，需要无偏筛选和系统工程方法提高产氢量。本研究将 Cupriavidus necator 的调节性 [NiFe]-氢化酶（RH）引入蓝细菌模式菌株 Synechocystis sp. PCC 680...
Shoot-root signal circuit: Phytoremediation of heavy metal contaminated soil.
环境中高浓度重金属会对生态系统和人体健康造成严重危害，亟需开发有效控制土壤重金属污染的方法。植物修复在土壤重金属污染控制中具有优势和应用潜力，但现有超富集植物存在环境适应性差、富集种类单一、生物量小等不足。基于模块化理念，合成生物学使设计多种生物体成为可能。本文提出“微生物生物传感器检测—植物修复—重金属回收”的土壤重金属污染控制综...
Sensbio: an online server for biosensor design.
基于变构转录因子（aTF）的生物传感器可用于为多种应用构建遗传电路。文献和在线数据库中包含数百个经实验验证的分子-转录因子配对，但相关知识分散且常不完整。此外，与生物体内可产生的化合物数量相比，已知存在TF-化合物相互作用的化合物比例很低。因此，需要新工具帮助研究者发现新的潜在TF-配体配对。本文提出Sensbio，一种计算工具，通...
Transcription factor-based biosensors for screening and dynamic regulation.
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...
Natural promoters and promoter engineering strategies for metabolic regulation in Saccharomyces cerevisiae.
酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）是重要的外源基因表达系统和高价值代谢物细胞工厂宿主，具有遗传背景清晰、操作简便、安全无毒、外源基因表达水平高等优势。启动子是基因转录的基本元件，可控制转录的开启方向与强度，对基因表达调控和代谢途径优化具有关键作用。不同强度与性能的启动子会显著影响目标基因表达效果，并最终决定...
Engineering a two-gene system to operate as a highly sensitive biosensor or a sharp switch upon induction with β-estradiol.
人雌激素受体已在酿酒酵母中作为嵌合转录因子组分使用约三十年，其配体β-雌二醇可控制融合蛋白入核并驱动靶基因表达。本文优化了一种β-雌二醇传感装置，使人类雌激素受体激素结合域（HBD(hER)）分别与细菌LexA DNA结合域及强激活域VP64或弱激活域B42融合，系统评估其检测范围与最大输出信号。作者通过工程化嵌合激活子和报告蛋白表...
Novel Production Methods of Polyhydroxyalkanoates and Their Innovative Uses in Biomedicine and Industry.
聚羟基脂肪酸酯（PHA）是一类由微生物和植物来源的可生物降解热塑性聚合物，已广泛用于缝线、心脏瓣膜、骨支架、药物递送及食品包装等生物医学与工业领域。本综述聚焦于聚羟基脂肪酸酯在常见用途之外的创新应用，重点介绍其作为生物传感器、化妆品材料、药物递送载体、阻燃材料以及静电纺丝材料等潜在用途。这些新应用依赖于聚合物生产与组成调控，可通过基...
GroovDB: A Database of Ligand-Inducible Transcription Factors.
遗传生物传感器是合成生物学中的核心元件。配体诱导型原核转录因子被广泛用于高通量筛选、动态反馈调控、多层逻辑门以及诊断应用。为给工程应用提供可靠且可检索的资源，作者开发了 GroovDB（https://groov.bio），一个可在线访问的配体诱导型转录因子数据库。该数据库收录构建化学响应遗传回路所需的关键信息，包括生物传感器蛋白序...
The protein scaffold calibrates metal specificity and activation in MerR sensors.
MerR 金属调节蛋白是多种用于报告金属污染的生物传感器平台的核心元件，但多数 MerR 蛋白缺乏特异性，限制了其在真实环境样品分析中的应用。按需分子工程改造 MerR 金属偏好虽具创新性，却未必得到预期结果。由于这些传感器的金属结合环（MBL）被提出是特异性的主要调节区，本研究将不同 MerR 同源蛋白的 MBL 进行精准替换，构...
Surveying the Genetic Design Space for Transcription Factor-Based Metabolite Biosensors: Synthetic Gamma-Aminobutyric Acid and Propionate Biosensors in
工程益生菌细菌被提出作为非侵入性检测胃肠道生物标志物并研究肠-脑轴的下一代策略，但构建所需全细胞生物传感器仍是主要挑战。在临床相关菌株中创建转录因子型传感器通常需要大量调优遗传部件和基因表达，才能获得足够的动态范围与灵敏度。本文提出一种基于设计原型构建体的快速方法，用于系统检测转录因子型代谢物传感器的基因表达设计空间，并识别最优遗传...
Editorial: Synthetic biology for the sustainable production of biochemicals in engineered microbes.
本文是一篇关于合成生物学用于工程微生物可持续生产生物化学品的编辑导言。作者指出，化石资源大量使用导致温室气体排放增加，微生物细胞工厂为可再生化学品生产提供了重要途径。与传统随机诱变和筛选相比，合成生物学可通过非天然合成途径设计、模块化途径组装、动态感知与调控、区室化、途径平衡与重连、辅因子工程以及生物分析物高通量筛选等策略，加速菌株...
A Framework for the Systematic Selection of Biosensor Chassis for Environmental Synthetic Biology.
微生物生物传感器能够感知并报告环境刺激暴露，从而帮助理解环境过程。其成功设计与部署取决于承载遗传回路的微生物宿主（底盘）在目标环境中的持久性。模型底盘通常易于遗传操作，但在环境条件下存活能力有限；非模型微生物在环境中更具持久性，却受遗传可操纵性差和标准化元件缺乏等限制。本文系统梳理了环境生物传感器底盘开发中的生态、代谢和遗传约束，提...
PeroxiHUB: A Modular Cell-Free Biosensing Platform Using H
细胞无系统有望提供稳健、廉价且可现场部署的生物传感器。许多细胞无生物传感器依赖转录因子响应小分子，但相关转录因子的发现与实现仍具挑战。本文报道 PeroxiHUB，一个以过氧化氢（H2O2）为中心信号整合物的优化细胞无传感平台，用于检测多种代谢物。H2O2 是中心代谢物，也是多种酶促反应的副产物。PeroxiHUB 利用酶促转导器将...
Advances in engineering and optimization of transcription factor-based biosensors for plug-and-play small molecule detection.
转录因子（TF）生物传感器已应用于蛋白质工程、动态控制、环境检测和即时诊断等生物技术领域。由于可检测配体范围广且模块化程度高，这类传感器是有前景的分析工具；但针对特定应用设计具有所需配体特异性、灵敏度、动态范围和操作范围的传感器仍具挑战，且不同宿主间正交性受细胞背景影响而受限。本文综述了用于即插即用式小分子检测的 TF 生物传感器在...
Engineering Saccharomyces cerevisiae-based biosensors for copper detection.
重金属如 Cu(II) 对环境有害，亟需发展低成本检测方法。本研究开发了一种低噪声、信号输出改善的酿酒酵母生物传感器，用于潜在现场铜离子检测。通过引入二级遗传层控制酿酒酵母中的半乳糖诱导（GAL）系统，构建了铜感知线路：将 Gal4 激活蛋白置于铜诱导启动子 CUP1 控制下，将 Gal80 阻遏蛋白置于铜抑制启动子 CTR1 控制...
Expanding luciferase reporter systems for cell-free protein expression.
荧光素酶常作为无细胞转录-翻译（TXTL）系统中灵敏且通用的报告系统，用于遗传元件工程、遗传回路验证和生物传感器输出等研究与应用。目前，在无底物交叉反应条件下常用的荧光素酶仅有萤火虫荧光素酶（Firefly）和海肾荧光素酶（Renilla）两种。本文扩展了无细胞荧光素酶报告系统，引入两种正交荧光素酶报告系统：Neonothopanu...
Nondestructive Chemical Sensing within Bulk Soil Using 1000 Biosensors Per Gram of Matrix.
基因表达可在难以成像的环境材料中通过气体报告生物传感器进行监测，但此前应用仅限于经高压灭菌并用富营养培养基水合的基质。为评估指示气体报告与环境样品的相容性，作者研究了基质水合对加入筛分土壤的工程微生物气体信号的影响。当以环境相关渗透压水合时，气体报告微生物在森林土（Alfisol）中产生气体信号。若分析前对气体进行浓缩，10^3 c...