基因编码生物传感器已成为基础研究与分析检测中的核心工具，既可作为细胞内报告器揭示代谢、信号和离子通量，也可作为全细胞试剂在不同样品中检测分析物。尽管不同分子支架和工作模式多样，其共同功能是将配体存在转化为可读信号。然而，生物传感器开发在实践中仍高度碎片化：不同支架和模态往往在彼此独立、实验室特定的流程中推进，使用不同的检测、指标和设...
基因编码生物传感器可将期望表型与可检测输出相耦合，已广泛用于检测多种天然和非天然产物。与不同高通量筛选（HTS）方法结合后，这些传感器可在不同通量水平下实现以产物为导向的高效筛选，从而加速微生物细胞工厂的工程化与优化，使其生产多种目标化合物。为实现微生物细胞工厂的有效HTS，生物传感器需具备若干关键特性。其性能特征显著影响在HTS中...
神经炎症是包括偏头痛在内的多种中枢神经系统疾病的共同病理生理特征。本研究旨在分析单次硝酸甘油（NTG）给药后大鼠脑内氧化变化，并探讨慢性 NTG 给药诱导的小胶质/星形胶质微环境及炎症过程。作者利用 AAV9 将基因编码荧光生物传感器 HyPer7 和 SypHer3s 分别递送至大鼠纹状体和皮层神经元，并通过光纤光度法在活体实时记...
甲基丙烯酸甲酯（MMA）是丙烯酸树脂的主要原料，其生物合成最有前景的路线是通过缬氨酸降解途径中间体甲基丙烯酰辅酶A（MAA-CoA）与甲醇缩合。由于 MAA-CoA 具有细胞毒性、稳定性差且异源途径酶活性低，该途径难以实现高效生产。为支持该途径及其酶的进化工程，作者构建了一种可高通量评估细胞内 MAA-CoA 水平的生物传感器系统。...
汞离子检测在环境监测和细胞生物学研究中具有重要意义，但现有基因编码汞离子传感器存在荧光响应为负、动态范围窄或需要补充辅因子等局限。本研究以环状置换的mNeonGreen绿色荧光蛋白（cpmNeonGreen）和来自志贺氏菌Shigella flexneri的汞结合蛋白MerP为基础，通过理性构建与随机突变筛选，开发了NeMeHg和i...
二羟基丙酮（DHA）是化妆品工业重要原料，可由大肠杆菌糖酵解中间物二羟基丙酮磷酸（DHAP）经二羟基丙酮磷酸去磷酸化酶（HdpA）去磷酸化生成。为高效筛选 HdpA 高活性突变体，本研究基于甲醛响应转录调控蛋白 FrmR 构建了甲基乙二醛（MG）生物传感器。将 FrmR 结合位点插入组成型启动子 J23100 的 -35 上游及 -...
实时、高时间分辨地监测信号分子和代谢物变化是理解动态生物系统的关键。本文利用定向进化策略，开发了一种用于细菌普遍第二信使环二鸟苷酸（c-di-GMP）的基因编码比率型生物传感器。c-di-GMP 调控运动性、表面附着、毒力与持留等重要过程。所得传感器 cdGreen2 能在单细胞水平忠实追踪 c-di-GMP，并在长时间成像中保持高...
本文提出一种基于微生物群体生理行为而非仅监测环境参数的生物过程控制策略，其核心是“在细胞需要时给予其所需”。作者开发了一种基于大肠杆菌 glnA 启动子（glnAp）的基因编码荧光生物传感器，用于监测大肠杆菌 BLR(DE3) 的氮相关营养状态。该传感器以 glnAp 为输入模块，以携带 C 端 ASV 降解标签的 GFPmut3....
整合生物过程可在原位水解并转化生物质原料为高附加值产品，具有降低工艺和成本潜力。然而，目前针对富含芳香族组分原料的整合生物过程较少。本文报道了用于玉米芯羟基肉桂酸整合水解与高值化的合成共培养体系。水解模块在枯草芽孢杆菌中构建，利用遗传编码生物传感器-执行器分泌水解酶；转化模块在大肠杆菌中构建，利用即插即用编码酶将释放的羟基肉桂酸转化...
硼基凝集素是含硼酸基团的合成凝集素模拟物，可逆识别含顺二醇的糖类和核苷酸，但特异性不足。本文报道一种基因编码的红色荧光硼基凝集素 bapaUGAc，由非天然氨基酸 p-硼基苯丙氨酸（pBoF）、源自天然凝集素的肽序列和环化置换红色荧光蛋白（cpRFP）组成。借助遗传密码扩展与蛋白质工程，作者获得可特异性结合尿苷二磷酸N-乙酰氨基糖（...
活性氧在病原体和病原相关分子模式响应中产生，例如拟南芥中依赖 NADPH 氧化酶亚型 RBOHD 的快速胞外氧化爆发。我们使用靶向不同细胞器的 H2O2 生物传感器 roGFP2-Orp1 和谷胱甘肽氧化还原状态生物传感器 GRX1-roGFP2，揭示鞭毛蛋白 flg22 模式触发免疫及丁香假单胞菌接种后未被预期的氧化事件。roGF...
代谢工程已发展出多种工具与策略，其中辅因子工程是生物产品合成中的常用策略，用于调控烟酰胺核苷酸（NADH/NAD+、NADPH/NADP+）和三磷酸腺苷/二磷酸腺苷（ATP/ADP）水平，以维持细胞氧化还原与能量平衡。然而，传统方法难以实时监测细胞内NADH/NAD+、NADPH/NADP+和ATP/ADP水平。近年来，多种用于检测...
本文是一篇关于植物生理学生物成像工具的观点/综述文章。作者指出，细胞生物学研究需要从器官、组织、细胞到分子尺度解析植物发育与胁迫响应，生物成像工具可分为“硬”显微镜和“软”生物传感器/探针。文章综述了光片荧光显微镜（LSFM）、多样品成像腔室（MAGIC）、植物组织三维分割软件PlantSeg、自动延时成像、傅里叶变换红外成像、电子...
基因编码生物传感器是代谢工程中的有价值工具，但其剂量响应曲线的精细调节仍具挑战。为此，作者利用 DNA 可追踪组装方法与 FACS-seq 技术，建立了一种大规模并行构建和全面表征数千个生物传感器的新流程。以基于 FapR-fapO 的丙二酰辅酶A生物传感器为概念验证，构建了可追踪组合文库，包含 5184 种组合：6 个转录因子剂量...
基于诱导多能干细胞（iPSC）的人类疾病细胞模型及 iPSC 分化细胞治疗策略，为现代生物医学研究提供了强大动力，并推动了个性化再生医学发展。过去十年，许多单基因疾病的细胞水平病理机制被揭示，多种 iPSC 来源细胞产品的临床试验也已启动。然而，为更高效地筛选和测试药物，iPSC 疾病细胞模型研究需达到质的新水平。生物传感器技术与 ...
为理解动物行为与潜在神经回路之间的关联，需要在自由移动动物脑内实时监测并记录神经递质传递。随着基于基因编码生物传感器（genetically encoded biosensors）的光纤光度法（fiber photometry）以及新型电化学生物传感器的发展，研究者能够以较高的时空分辨率测量特定细胞类型或特定神经递质的关键神经传递事...
许多溶酶体功能取决于约5.0的腔内pH，包括酸性水解酶活性。溶酶体pH（pHlys）在神经退行性疾病中常升高，在癌症中预测降低，因此可能成为限制疾病进展的治疗靶点。然而，现有染料常积累于多种细胞器，不能用于克隆细胞纵向研究或体内测定。为解决这一限制，作者开发了一种基因编码的比率型pHlys生物传感器pHLARE（pH Lysosom...
有毒污染物（TP）的原位检测若依赖分析仪器或全细胞生物传感器往往不便。体外构建基因编码生物传感器用于真实环境中的 TP 检测是一种有前景的替代方案，但部分关键生物分子在体外生物活性与稳定性下降，使报告蛋白的响应和调控困难。本文建立了基于砷抗性操纵子阻遏蛋白（ArsR）和 GFP 报告基因的体外基因编码生物传感器。由于野生型 ArsR...
溶酶体生理紊乱日益被认为是多种神经发育障碍和衰老相关疾病的重要病理基础，其中溶酶体酸化缺陷可触发溶酶体应激信号并削弱蛋白水解能力。本研究开发了一种基因编码的比率型荧光探针RpH-LAMP1-3xFLAG，将pH敏感荧光蛋白pHluorin与参考荧光蛋白mCherry串联融合于小鼠LAMP1的腔内结构域，并在胞质侧引入3xFLAG纯化...
基因编码生物传感器是筛选代谢物生产菌株的有力工具。传统基于生物传感器的筛选常采用荧光激活细胞分选（FACS），但其仅测量单细胞胞内荧光，细胞间信号差异会降低筛选准确性。为克服该局限，作者将生物传感器与液滴微流控结合，建立荧光激活液滴分选（FADS）方法，在独立液滴微环境中以多细胞水平检测标记细胞。研究以先前报道的3-脱氢莽草酸（3-...