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...
工业化直接或间接使人类暴露于多种异生物。环境中农药和有毒重金属含量升高并进入食物链，严重威胁人类健康，因此异生物监测对社会安全至关重要。传统方法在线检测成本高、流程复杂，难以满足此类化合物的快速检测与识别需求。基因工程的发展为利用改造微生物提供了可能。全细胞微生物生物传感器（WCBMB）将基因工程生物与源自重金属抗性操纵子的启动子/...
酶工程是合成生物学领域不可或缺的工具，旨在使酶执行新颖或改进的功能。实现这些目标有时不能仅依靠改变酶自身的一级序列。利用蛋白或核酸支架增强酶性质已被报道应用于化学品微生物生产、生物传感器开发和生物修复等场景。此类酶-支架组装体的主要优势包括优化反应条件、改善代谢通量以及提高酶稳定性。本综述总结了利用可遗传编码支架辅助酶定向部署的最新...
环境监测污染物对主动环境管理和污染控制至关重要。近年来，全细胞生物传感器因可实时、低成本检测多种污染物而受到关注，但数据采集、多污染物检测、信号延迟和生物安全问题限制了现场应用。微流控系统通过集成生物传感器有望解决上述挑战。本文展望了一种新型微流控全细胞生物传感器（MWCB），用于同时监测多种环境污染物，并提出提高特异性、灵敏度和准...
合成生物学的实践正被整合到“多尺度”设计中，使有机与无机信息基质之间在生物、数字和赛博物理系统集成中实现双向通信。“生物信息”工程的新应用将出现在环境监测、精准农业、精准医学和下一代生物制造中。潜在发展包括用于环境监测的哨兵植物以及响应生物传感器信号的自主生物反应器。随着对生物信息理解的深入，天然和工程化生物系统都需要被重新构想为赛...
遗传编码逻辑门，尤其是反相器（NOT门），是合成生物学中设计遗传电路、工程化生物传感器和决策装置的基本构件，但适用于不同物种的反相器资源仍然有限。本研究将此前在特定大肠杆菌菌株中验证的一批 NOT 门重新构建为广宿主范围（BHR）质粒载体集合，并将其组装到 SEVA（Standard European Vector Architec...
荧光假单胞菌产生的抗生素2,4-二乙酰间苯三酚（DAPG）在根际生态中具有重要作用，可抑制植物病原菌、促进病害抑制，并诱导植物系统抗性、根分泌和分枝。然而，DAPG在非根际环境如体土和草地中的生态功能、分布及动态仍不清楚，且预计产DAPG菌水平较低。本研究构建了一种用于检测环境样品中DAPG及产DAPG细菌的全细胞生物传感器。该传感...
基于光学转导的全细胞重金属生物传感已发表大量研究。生物技术工具的应用不仅持续提高了生物传感器的灵敏度、选择性和检测范围，也同时揭示了进一步改进面临的新挑战与限制。本综述重点介绍利用光学换能器进行全细胞重金属生物传感的若干方面，聚焦重组质粒中调控模块与报告模块的遗传调控进展，这些进展提升了生物传感器性能。同时，文章尝试介绍微流控等新兴...
追踪联合国可持续发展目标6.1“实现人人公平获得安全可负担饮用水”的进展，需要开发简单、低成本的水质监测工具。合成生物学快速发展，有望通过从自然界分离DNA编码的传感元件并重新组装，构建可现场部署的“生物传感器”，用于检测致病性或化学性水污染物。本文概述了合成生物学支持的水质监测策略，并将其与既往用于检测三种优先污染物（粪源病原菌、...
合成生物学工具的快速多样化，使一些传统上难以解决的环境问题变得有望被处理。本文综述了地球与环境科学中长期存在、可利用工程微生物作为微米尺度生物传感器加以解决的难题。生物传感器可为开放问题提供新视角，包括理解土壤、沉积物和污水系统等异质基质中的微生物行为，追踪地球系统中隐蔽的元素循环，以及阐明微生物-微生物、微生物-植物和微生物-材料...
荧光蛋白作为光学报告元件被广泛用于全细胞微生物生物传感器，但在土壤等不透明介质中应用受限。本研究提出一种以气体为报告信号的快速现场检测土壤汞污染的方法。该生物传感器中，MerR蛋白可捕获汞离子并结合efe基因启动子，启动乙烯（C2H4）生成酶的表达，从而产生气体。研究表明，汞离子浓度可转化为C2H4气体信号，并用手持式C2H4传感器...
合成生物学推动了生物传感器作为痕量物质检测工具的发展。以往基于合成生物学的生物传感器多构建于活细胞之上，但细胞生物传感器受转基因生物安全问题和细胞膜通透性限制，响应时间较长，且难以检测细胞毒性或不可透过膜的分析物。无细胞合成生物学的出现克服了上述缺陷。基于无细胞蛋白合成(CFPS)系统的生物传感器具有安全性更高、灵敏度更高、响应更快...
早期发现疾病并实施精准治疗将深刻改变人类疾病诊疗。为实现这一目标，需要能够精确定位疾病发生时间与部位的生物传感器。合成生物学的快速发展使研究者能够利用活细胞的信息处理能力，先诊断疾病，再以受控方式进行治疗。例如，可设计活体传感器精确感知疾病生物标志物，如炎症副产物，并在原位递送靶向治疗药物。这些活体传感器有望在疾病早期提供可操作信息...
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...
本文综述了转录因子（TF）在微生物代谢工程与有机酸生物生产中的识别、工程化及应用。TF 可识别特定 DNA 序列并响应胞内外小分子、信号和刺激，是构建遗传编码生物传感器的关键元件，用于监测有机酸生产中原本“不可见”的胞内代谢物浓度。TF 型生物传感器可将代谢物浓度转化为荧光等可检测信号，并与流式细胞分选（FACS）等高通量筛选技术结...
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...
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...
快速分子生物传感是合成生物学的新兴应用。本文利用来自假单胞菌的 LysR 型转录调节因子（LTTR）AtzR，在大肠杆菌基因表达系统中构建可便携、按需检测氰尿酸（CYA）的生物传感器。为克服 LTTR 跨宿主移植困难，作者理性设计假单胞菌—大肠杆菌混合启动子，整合两种宿主中负责转录活性与配体依赖调控的 DNA 元件，使大肠杆菌可作为...
细胞基生物传感器为检测目标分子提供了廉价、便携且简单的方法，但尚未真正实现商业化。早期性能与特异性问题曾制约其发展。随着理性调控响应曲线方法的建立，生物传感器性能迅速提升，现已有许多传感器能够满足实际检测所需性能，这激发了对其商业化潜力的关注。然而，可靠性、长期稳定性和生物安全性仍是商业化应用与公众接受的主要障碍，相关研究仍在积极推...
细菌生物膜由细胞外多糖基质包裹，常见于慢性感染、医疗器械和食品工业管道，可显著降低抗生素敏感性并造成经济损失。现有物理、化学和噬菌体清除方法存在耐受、宿主范围窄或免疫失活等局限。本文提出 BeQuIK（Biosensor Engineered Quorum Induced Killing）设计，将三个遗传模块引入大肠杆菌：第一模块在...