工程化溶瘤细菌正成为精准癌症治疗的有前景平台，结合固有肿瘤趋向性、免疫原性和可编程基因调控。合成生物学进展使可诱导和自主回路能够感知外源输入（化学或物理信号）、细菌自身线索（群体感应、细菌侵袭开关或一氧化氮响应启动子）以及肿瘤特异性病理生理（缺氧、低pH或乳酸）。这些设计调控定植、裂解和治疗货物（前药转化酶、细胞因子、抗体/纳米抗体...
本研究旨在构建一种基于益生菌布拉迪酵母（Saccharomyces boulardii）的硝酸盐响应全细胞生物传感器，用于感知肠道炎症生物标志物硝酸盐。由于布拉迪酵母缺乏硝酸盐同化途径，作者将多形小丝壳酵母（Ogataea polymorpha）硝酸盐同化途径中的关键基因引入该酵母：硝酸盐转运基因 YNT1 以及硝酸盐响应转录激活基...
本文利用合成生物学技术，将细菌改造为可用于疾病诊断和治疗递送的微型机器人。工程菌可单独使用，也可作为微生物群落组合应用；群落中不同组分相互补充，可提高诊断准确性并产生协同治疗效应。文章重点讨论了微生物疗法在癌症、肠道疾病和代谢性疾病中的应用潜力，并强调工程菌对宿主原生微生物群的影响至关重要，因为其可调节并与宿主微生物环境相互作用，从...
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...
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...
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...
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...
细胞基生物传感器（CBBs）是通过遗传工程改造的活细胞，用于以高灵敏度和特异性、低成本且非侵入方式检测分析物。细胞天然感知环境刺激，将天然转录应答与比色、荧光或生物发光报告基因表达连接后，可连续感知生物分子并报告信息。合成生物学进展推动CBBs向临床应用发展。细菌和哺乳动物细胞均可构建全细胞传感器，包括实验室菌株和人体共生菌。通过重...
利用基因工程细胞检测无机离子和有机分子常受生物安全顾虑、细胞膜屏障、细胞毒性及操作不便等因素限制。为克服上述问题，本研究建立了无细胞生物传感系统，用于检测砷、汞、酰基高丝氨酸内酯（AHL）和苯甲酸。该系统在无活细胞的开放环境中模拟生物转录与翻译活动，通过筛选不同大肠杆菌菌株裂解物及 Mg2+ 浓度获得活性最高的无细胞体系。结果表明，...
为提升全细胞铅生物传感器的性能，作者基于Cupriavidus metallidurans CH34的铅抗性操纵子pbr，通过重新配置调控元件并引入正反馈回路，设计了六种基因回路。pbr操纵子包含pbrRT和pbrABCD两组基因，PbrR结合其分歧启动子；铅离子存在时，PbrR构象变化并激活转录。研究以PbrR、分歧启动子和GFP...
全细胞微生物生物传感器为重金属的快速、现场检测提供了替代手段。该类传感器以微生物为基底，通过设计和构建基因回路，使细胞在接触重金属离子时产生定性或定量的输出信号。早期设计多集中于单输入构建体，而多路复用系统的发展使传感器设计更加灵活。然而，重金属对微生物底盘的毒性以及重金属响应启动子元件特异性不足，限制了其从实验室走向现场实用化。采...
瞬时递送基因回路是合成生物学许多潜在应用的前提，但递送后主导系统行为的非稳态过程给稳健部署带来重大挑战。本文表明，位点特异性重组酶可通过对多基因回路中基因可用性的可编程时序控制，纠正不良效应。作者以内源 microRNA（miRNA）比例型传感器为例，通过使抑制元件与其靶输出基因的表达去同步化，显著降低了传感器基态泄漏。新传感器动态...
本研究设计并验证了一种用于大肠杆菌中木糖检测的基因回路。作者将编码木糖结合蛋白（XBP）的 xylF 基因克隆至 pT7T3 18U 载体，置于枯草芽孢杆菌 Pbsu 组成型启动子下游，并将绿色荧光蛋白（GFPuv）编码序列置于 xylF 启动子（PxylF）控制下，构建 pT7T3-GFP-XBP。在 xylF 敲除的大肠杆菌 J...