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...
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...
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...
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...
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...
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...
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...
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...
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...
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...
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...
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...
基于代谢物响应转录因子的代谢物生物传感器是合成生物学中用于感知和精确调控细胞代谢的关键元件。此类传感器通常在实验室条件下设计，但实际部署时细胞生长速率可能与初始表征差异很大。本文研究生长速率如何影响生物传感器的最低输出、最高输出和动态范围等关键性能指标。作者以大肠杆菌中 LacI、TetR 和 FadR 基生物传感器为模型，发现不同...
转录因子在调控细胞功能中起关键作用。理解和改变基于转录因子的生物传感器的动态行为将扩展我们对生物分子相互作用的认识并促进生物合成应用。本研究在大肠杆菌中表征并工程化了一个基于 TrpR 的色氨酸阻遏系统。发现重建的 TrpR1-PtrpO1 生物传感器在色氨酸或其类似物 5-羟色氨酸（5-HTP）存在时表现出低基础表达和窄动态范围。...
宫颈癌是严重威胁育龄女性健康的全球公共卫生问题，也是全球癌症患者中第二大疾病负担，死亡率高达50%。由于公众认知不足和有效诊断手段有限，亟需开发即时、微创的诊断方法。本文建立了一套端到端、定量的统一计算诊断流程，依次完成最优生物标志物识别、toehold switch 传感器同步设计以及诊断基因电路的性能模拟。基于公开 miRNA ...
遗传回路设计的快速发展使全细胞生物传感器（WCBs）在医学诊断和环境毒性评估等领域受到关注，但高背景信号和低精度限制了其从概念验证走向实际应用，尤其用于重金属毒性监测。作为替代模块设计，本研究利用Bxb1重组酶作为开关，以增强剂量–响应行为并降低泄漏。借助Bxb1重组酶识别元件的模块化特性，作者将可响应镉等毒性离子胁迫的工程化半特异...
近年来，小分子生物传感器在合成生物学与生物化学研究中日益重要，相关新应用不断涌现。然而，许多细菌小分子生物传感器的实际效用受到功能不足的限制，包括工作范围、动态范围和化学特异性不理想。本文系统综述了细菌细胞内已知的小分子生物传感器机制类型，并总结了用于优化不同功能参数的工程策略。文中讨论了直接改造传感器基因的方法，如定向进化、结构/...
提高目标产物产量是构建和优化微生物细胞工厂的核心目标。赋予菌株基于生物传感器的智能，是解决代谢流不平衡、毒性中间体积累等工程问题的重要途径。近年来，通过理性设计、定向进化或机器学习，针对代谢物和环境信号的遗传编码生物传感器快速发展。除作为高通量筛选中的快速检测方法外，生物传感器越来越多地应用于菌株定向进化和代谢途径动态调控。本文综述...
本文报道 TALE.Sense，一个用于在活哺乳动物细胞中检测 DNA 序列的通用平台。该平台将转录激活样效应子（TALE）的可编程 DNA 结合能力与条件性 intein 重组相偶联，通过反式剪接产生 ON 开关，从而触发可定制的细胞响应，以区分含有指定序列靶标的细胞。与已报道的锌指（ZF）DNA 传感器相比，TALE.Sense...
重金属在生物体内的频繁暴露与蓄积会损害脑、肝、生殖器官等，造成严重健康风险；全球多地饮用水和地下水存在砷、镉、铅、汞、铬等污染，因此需要快速、低成本、高特异性的水质评估方法。自然界微生物可通过特定基因和转录因子响应重金属胁迫，重组DNA技术可将这些天然生物报告器改造为受控体系：在特定重金属存在时开启或关闭基因表达或酶活性，形成化合物...