Design and optimization of a kinase-controlled allosteric switch.
翻译后修饰可实现细胞行为的快速精确调控，但构建磷酸化合成通路的通用策略有限。作者提出利用工程别构原理设计磷酸化控制蛋白开关（phospho-switch）。以别构可控的 Gal4 转录因子为支架，将经典激酶 FRET 生物传感器 EKAR 的感知域插入 Gal4 DNA 结合域 SK22 位点，使 ERK 磷酸化事件通过 Pin1 ...
Development of a transcription factor-based biosensor strain for reporting α-terpineol production
萜类化合物是重要的天然产物，但许多高价值萜类化合物的微生物合成受限于生物合成途径理性工程困难以及缺乏直接报告产物形成的高通量筛选系统。α-松油醇等单萜醇在异源宿主中的合成需要前体生成、环化和水捕获化学的协同。本文通过结构指导定向进化改造对香芹酚阻遏蛋白 CymR，开发了可检测 α-松油醇的转录因子型全细胞生物传感器菌株。基于推测配体...
A tool for modeling gene regulatory networks (GRN_modeler) and its applications to synthetic biology.
基因调控网络（GRN）的建模与模拟对于理解生物过程、预测系统行为、解释实验数据和指导合成系统设计至关重要。在合成生物学中，GRN 是实现复杂功能设计与控制的基础，但 GRN 模拟往往耗时且需要专门知识。为此，作者开发了 GRN_modeler，一个具有图形用户界面的友好工具，使无编程经验的用户也能创建现象学模型，同时为高级用户提供命...
A framework for complex signal processing via synthetic biological operational amplifiers.
工程遗传电路处理复杂生物信号仍面临非正交信号响应导致的串扰与精确控制难题。本研究提出一种将正交运算放大器（OA）整合到标准化生物过程中的框架，用于高效分解和放大复杂信号。作者通过工程化 σ/anti-σ 正交对、调节核糖体结合位点（RBS）强度，并采用开环与闭环构型，设计了可扩展的 OA 电路，以提高遗传电路的精度、适应性和信噪比。...
Biosensor characterization: formal methods from the perspective of proteome fractions.
许多研究通过转录因子等调控元件在重组系统中控制基因表达，但大多缺乏分析这些调控元件固有及情境依赖变异的正式方法。本研究建立了一个正式框架，并由此推导出表征调控电路的便捷方法。作者将细菌细胞建模为若干蛋白组分数（proteome fractions）的集合，通过对时间依赖蛋白组分数求导，得到描述其变化与表达分数（expression ...
Intein-mediated thyroid hormone biosensors: towards controlled delivery of hormone therapy.
采血和医学影像是临床诊断的成熟技术，但常需较长后处理。快速、简便地定量信号分子有助于健康监测和诊断。甲状腺激素（TH）治疗依赖试错式剂量调整，并需持续血检，因此快速可靠地持续监测 TH 水平可显著改善患者生活质量。合成生物传感器成本低、使用简便，在医疗中的应用不断增加。本研究构建了一种工程化 TH 细菌生物传感器，由基于分裂 int...
Snowprint: a predictive tool for genetic biosensor discovery.
生物工程师日益依赖配体诱导型转录调控因子实现基因表达的化学响应控制，但可用调控因子数量有限。虽然可从基因组中挖掘新型调控因子，但其 DNA 特异性认识不足使遗传设计复杂化。本文提出 Snowprint，一种简单而强大的生物信息学工具，用于预测调控因子-操作子相互作用。基准测试表明，对于来自 9 个门、跨越 5 个不同结构家族的实验验...
Establishing Tunable Genetic Logic Gates with Versatile Dynamic Performance by Varying Regulatory Parameters.
遗传逻辑门可用于代谢工程和合成生物学中根据多种输入调控基因表达。设计具有可调动态性能的可调遗传逻辑门对于扩展这些工具集的可适用性至关重要。本文以对香豆酸生物传感器系统作为概念验证，首先研究了影响缓冲（BUF）遗传逻辑门性能的参数。随后，将对香豆酸生物传感器系统的结合序列与 tetR 或 lacI 调控系统整合到组成型启动子中，构建了...
Using Methyl Bromide for Interspecies Cell-Cell Signaling and As a Reporter in a Model Soil Consortium.
为研究土壤微生物群落在难以成像环境材料中的群落尺度表型，作者评估了模型土壤群落（MSC）中单一成员能否在不破坏基质的情况下被编程报告基因表达。该 MSC 包含 Dyadobacter fermentans、Ensifer adhaerens、Rhodococcus sp003130705、Streptomyces sp0019056...
AraC-Based Biosensor for the Detection of Isoprene in
异戊二烯是重要的平台化合物，可由工程微生物生产，但产量通常较低。传统气相色谱法检测异戊二烯费时且昂贵，而生物传感器可用于实时、高通量地筛选和监测产物合成。AraC-pBAD 诱导系统已被广泛用于小分子生物传感器开发。前期研究发现，当培养基中同时存在阿拉伯糖时，较高浓度异戊二烯可轻微诱导 AraC-pBAD 系统。本研究据此设计并构建...
Identifying, Characterizing, and Engineering a Phenolic Acid-Responsive Transcriptional Factor from
基于转录因子的生物传感器常用于代谢工程中基因表达的可诱导调控，以及高通量筛选和动态通路调控等相关应用。挖掘新型转录因子对于扩展这些工具集的可用性至关重要。本文报道了从解淀粉芽孢杆菌（Bacillus amyloliquefaciens）中鉴定、表征和工程化一种酚酸响应调控蛋白 PadR（BaPadR）。该 BaPadR 生物传感器系...
Divergent directed evolution of a TetR-type repressor towards aromatic molecules.
重编程细胞行为是合成生物学的重要目标。原核变构转录因子（aTF）可被改造为将小分子信号转化为细胞响应的通用工具，因此扩展其识别新诱导剂的能力具有重要意义。本文首先在大肠杆菌中利用谷氨酸棒杆菌 TetR 家族阻遏蛋白 RolR 建立了间苯二酚响应的 aTF 生物传感器。随后，作者沿 RolR 的适应度景观进行迭代定向进化，获得可识别儿...
Engineered gamma radiation phytosensors for environmental monitoring.
核能有望在未来数十年扩大应用，但核电站泄漏产生的伽马辐射需要长期环境监测。现有机械辐射传感器存在供应有限、依赖电源和需人员进入危险区域等缺点。为此，作者利用合成生物学在马铃薯中构建了一种可检测低剂量电离辐射的植物生物传感器（phytosensor）。该系统将剂量响应开关整合到马铃薯基因组中，利用植物内源DNA损伤应答（DDR）通路感...
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...
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...
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...
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...