The Future Potential of Biosensors to Investigate the Gut-Brain Axis.
抑郁症具有多因素和异质性，使精准治疗困难。肠道微生物组与神经功能之间的相互作用构成肠脑轴，微生物产生的多种代谢物通过该轴影响宿主免疫、代谢和神经通路。粪菌移植等研究提示，肠道菌群组成变化可导致肠脑轴失调，并可能参与抑郁发生。当前生物标志物检测常依赖脑脊液或血液样本，采用高效液相色谱、质谱和核磁共振等技术；合成生物学则通过工程化益生菌...
Highly Sensitive Whole-Cell Biosensor for Cadmium Detection Based on a Negative Feedback Circuit.
本文报道了一种基于负反馈放大电路的高灵敏镉离子（Cd2+）全细胞生物传感器。作者以天然携带 cad 操纵子的 P. putida KT2440 为宿主，构建含 Plteto1-cadR-T-Pcad-mcherry-T 的基因回路，并利用 TetR/aTc 负反馈模块调控 CadR 表达，从而放大 mCherry 荧光输出。与不含负...
Design of a synthesis-friendly hypoxia-responsive promoter for cell-based therapeutics.
为实现能够识别疾病状态（如低氧）并产生相应治疗性生物制剂的“智能”细胞治疗，开发合适的低氧响应启动子至关重要。现有低氧响应启动子通常由多个含低氧响应元件（HRE）的重复序列与最小核心启动子组成，但重复序列存在基因组不稳定性，可能影响细胞治疗产品的长期一致性。为此，作者设计了一种合成友好的低氧诱导启动子SFHp，其GC含量控制在25%...
Synthetic biology: at the crossroads of genetic engineering and human therapeutics-a Keystone Symposia report.
合成生物学有望变革多种疾病的细胞与基因治疗。目前，针对真核和原核细胞的成熟工具已可用于工程化细胞，使其能够选择性响应一种或多种疾病相关信号并产生治疗效应，从而避免正常组织受到潜在细胞毒性影响。本报告总结了2021年5月3日至4日举行的Keystone线上研讨会“合成生物学：遗传工程与人类治疗的十字路口”。鉴于多项基于合成生物学设计的...
Inducible Population Quality Control of Engineered
微生物利用可再生原料进行生物合成是实现可持续化学制造的重要途径，但发酵过程中细胞间生物合成能力差异会限制生产稳健性和效率。本文针对工程枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）中产细胞与非产细胞亚群动态失衡问题，开发了一种可诱导群体质量控制系统（iPopQC）。该系统基于可诱导启动子和代谢物响应生物传感器构建的遗传回路，通过...
Engineered acetoacetate-inducible whole-cell biosensors based on the AtoSC two-component system.
全细胞生物传感器在工业、医学和环境应用中具有潜力，可通过改造细菌天然感知机制构建。本文报道了一组基于大肠杆菌 AtoSC 双组分系统（TCS）的新型乙酰乙酸（acetoacetate, AcAc）感应生物传感器。作者首先建立了描述 AtoSC TCS 动力学行为的常微分方程（ODE）模型，并利用 Morris 敏感性分析识别影响传感...
A Biosensor for Detection of Indole Metabolites.
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...
Microbial whole-cell biosensors: Current applications, challenges, and future perspectives.
微生物全细胞生物传感器（MWCBs）利用工程化微生物在目标分析物存在时产生或抑制报告蛋白表达，通过报告蛋白产生的可量化信号测定样品中生物可利用分析物水平，其成本通常低于常规分析仪器，并具备稳健、可微型化、高通量和多联检测潜力。本文系统综述 MWCB 的工作原理，区分微生物表面展示传感器与全细胞传感器，介绍组成型与诱导型表达系统，以及...
Tunable Multiplexed Whole-Cell Biosensors as Environmental Diagnostics for ppb-Level Detection of Aromatic Pollutants.
酚、苯和甲苯等芳香族化合物是致癌性异生物质，可污染水资源。本研究结合合成生物学与结构指导设计，构建了一套可调谐的全细胞生物传感器（WCBs）阵列。作者利用天然具有酚感知与降解能力的 MopR 遗传系统，将其引入大肠杆菌，并将下游代谢基因簇替换为荧光素酶（Luc）报告基因，使传感器能够检测低至约1 ppb 的酚，从而可直接检测饮用水允...
Transcription-Factor-based Biosensor Engineering for Applications in Synthetic Biology.
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...
In-situ monitoring of xenobiotics using genetically engineered whole-cell-based microbial biosensors: recent advances and outlook.
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/...
Genetically Encodable Scaffolds for Optimizing Enzyme Function.
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...
Microfluidic Based Whole-Cell Biosensors for Simultaneously On-Site Monitoring of Multiple Environmental Contaminants.
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...
Sensing the future of bio-informational engineering.
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...
A Standardized Inverter Package Borne by Broad Host Range Plasmids for Genetic Circuit Design in Gram-Negative Bacteria.
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...
A Whole-Cell Biosensor for Detection of 2,4-Diacetylphloroglucinol (DAPG)-Producing Bacteria from Grassland Soil.
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...
Recent advances in synthetic biology-enabled and natural whole-cell optical biosensing of heavy metals.
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...