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...
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...
合成生物学正在改变人们对生物系统的认知，其新兴技术影响科学与工程多个学科。传统合成生物学主要面向利用可再生资源生产化学品的低成本微生物细胞工厂，从而通过降低石油依赖间接保护环境。如今，合成生物学开始更直接地参与环境保护。工业和农业释放的有毒化学物质破坏生态平衡并导致生物多样性丧失。本综述重点介绍可用于环境保护的合成生物学方法，尤其是...
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...
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...
从工程微生物合成大宗和高价值产品，通常可提供比化石或低效、不可持续自然资源更便宜、高效且可持续的替代方案。异养微藻如酵母和细菌已提供大量机会，一些光合微藻正作为有前景的自动光选项出现。微藻通过光合作用利用阳光和水生长，产生氧气并固定二氧化碳，具有可再生和可持续潜力。光合微藻高度异质且多样，许多类群通过不同路径进化并适应不同栖息地。作...
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...
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...
合成生物学的快速发展使生物技术中化合物生产取得革命性改进。DNA操作工具加速了细胞系统的工程化，但细胞系统固有的约束仍然存在，对质量与能量转换效率形成上限。无细胞蛋白合成（CFPS）通过去除细胞膜和细胞冗余部分，展现出克服这些固有约束的潜力，并推动合成生物学进一步发展。CFPS 提供了直接解析和操作中心法则的灵活性，并可实现快速反馈...
转录因子（TF）基生物传感器被广泛用于检测代谢物，并用于响应代谢物变化而调控细胞通路。然而，将已有 TF 基传感器直接应用于新的宿主菌株或新的代谢通路时，常面临正交性不足、背景泄漏、动态范围不匹配、响应阈值不合适等挑战，通常需要系统调谐才能获得最佳性能。这些调谐策略可根据目标参数涉及转录控制或翻译控制。本综述重点总结近期用于工程化 ...
合成生物学被认为有望应对紧迫的全球挑战，但监管问题是一个被低估的挑战。尤其在欧洲，相关监管框架植根于基于历史概念的“封闭使用”与“故意释放”二分法。本文通过一系列案例研究，包括一种拟用于检测尼泊尔和孟加拉国井水中砷的现场生物传感器，以及用于不育控制的基因工程昆虫，探讨这种监管与概念划分对不同国家背景下合成生物学项目部署的影响。文章进...
血红素具有电子传递、气体结合、催化和信号转导等多种功能，在医疗、膳食补充剂和食品加工中应用广泛。传统化学合成或从生物样品中分离血红素存在产率低、周期长、环境负担重等问题。近年来，基于全细胞系统的血红素生物合成方法成为替代方案，其核心是利用微生物中5-氨基乙酰丙酸（ALA）的C4和C5两条前体合成途径，以及原卟啉依赖（PPD）、铁卟啉...
基于合成生物学的全细胞生物传感器为食品污染物现场检测提供了有前景的新方法。其基本组成包括转录因子、核糖开关等传感元件，以及荧光、气体等报告元件；二者通过基因表达调控耦联形成简单基因线路，用于检测目标物质。更复杂的基因线路可引入信号放大、多目标检测和延迟报告等功能模块。借助合成生物学，全细胞生物传感器正变得更加通用和集成，可将检测前样...
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...
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...
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...
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...
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...
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...
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...