Layered dynamic regulation for improving metabolic pathway productivity in
微生物利用生物质生产高附加值化学品是化学合成的可持续替代途径。为提高产物滴度、产率和选择性，需优化工程菌中的代谢通路。动态通路调控可在发酵过程中调节通路相关酶的表达，从而将内源通量导向产物合成、平衡关键中间体的生成与消耗，并抑制毒性中间体早期积累。本文在大肠杆菌中叠加两种正交、自主且可调的动态调控策略，以独立调节两种不同酶的表达，提...
Problems analysis and new fabrication strategies of mediated electrochemical biosensors for wastewater toxicity assessment.
传统用于毒性评估的介导电化学生物传感器多基于“一锅法”，即电子介质与待测污染物在同一容器中混合。该设计假设介质仅作为电子受体，不与待测毒物发生反应。然而，废水中某些污染物（如金属离子）可与介质反应，从而影响传感器的检测准确度与灵敏度。此外，现有体系还忽略了至少两个干扰因素：一是介质对pH的电化学敏感性；二是待测物与缓冲液之间可能发生...
Synthetic addiction extends the productive life time of engineered
生物生产化学品是推动社会向可持续转型的重要驱动力。然而，高度工程化的生产菌株在工业规模发酵中常面临进化压力，选择出破坏其生物合成能力的遗传变异。合成产品成瘾将目标代谢物的高产与非条件必需基因表达偶联，可在不限制培养基组成的条件下，选择性偏好具有生物合成能力的细胞。作者利用甲羟戊酸生物传感器控制两个非条件必需基因的表达，构建了此类合成...
A sensitive Potentiometric resolved ratiometric Photoelectrochemical aptasensor for Escherichia coli detection fabricated with non-metallic nanomaterials.
本研究利用非金属纳米材料构建了一种用于检测大肠杆菌（Escherichia coli, E. coli）的高灵敏电位分辨比值型光电化学适配体传感器。为避免使用贵金属或重金属，作者制备了具有优异光电化学活性和匹配电位的碳量子点负载三维石墨烯水凝胶（C-dots/3DGH）和类石墨氮化碳（g-C3N4），并将二者分别修饰在 ITO 电极...
Development of a biosensor protein bullet as a fluorescent method for fast detection of Escherichia coli in drinking water.
饮用水可能从水源、管网到最终用户受到多种生物污染物污染，其中病原菌和病毒可引起胃肠或全身性疾病。饮用水微生物质量主要依赖监测三种粪便来源指示菌：大肠杆菌、粪肠球菌和产气荚膜梭菌，它们作为潜在健康危害的早期哨兵。本文分析了三种嵌合荧光蛋白子弹作为快速检测饮用水中大肠杆菌的生物传感器候选。基于GFP-hadrurin和GFP-pb5的两...
Engineering highly sensitive whole-cell mercury biosensors based on positive feedback loops from quorum-sensing systems.
汞污染是全球性环境与健康威胁，亟需简单、灵敏、快速的痕量汞检测方法。本文报道了一类基于群体感应正反馈回路的高灵敏全细胞汞生物传感器。作者将来自费氏弧菌的 luxI-luxR 型群体感应系统与来自 Cupriavidus metallidurans CH34 的汞特异性 merR 操纵子整合到大肠杆菌中，构建 QS1、QS2、QS3 ...
Engineering tunable biosensors for monitoring putrescine in Escherichia coli.
生物传感器可实时监测特定小分子并精确调控基因表达，但调节其性能的策略仍较少。本文报道在大肠杆菌中构建可调节的腐胺生物传感器。作者利用天然腐胺响应阻遏蛋白 PuuR 作为识别元件，将其同源操纵子 PuuO 插入强启动子 tac 等序列中，构建合成启动子 TacR2，以控制下游绿色荧光蛋白 GFPmut3 的表达。该传感器对腐胺具有特异...
Borosilicate Glass Fiber-Optic Biosensor for the Detection of Escherichia coli.
将抗大肠杆菌多克隆抗体和荧光二抗固定在经3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷（GPS）预处理的硼硅酸盐玻璃纤维上。玻璃纤维一端由发光二极管（LED）发出平均波长627 nm的光，另一端由峰值灵敏度640 nm的超灵敏光电二极管检测。大肠杆菌与固定抗体结合后引起荧光变化，改变玻璃纤维的净折射率及光的内反射，消逝场中的光子能量变化被光电二...
The fabrication and the use of immobilized cells as test organisms in a ferricyanide-based toxicity biosensor.
细胞固定化是延长微生物寿命的有效方法，并已在多种生物传感器中证明其可行性。本研究以大肠杆菌（E. coli）为模型微生物，分别采用琼脂、明胶、琼脂/明胶混合物、壳聚糖和聚乙烯醇（PVA）作为固定化基质，制备固定化细胞膜，并用于电化学毒性筛查。结果表明，PVA固定化大肠杆菌在pH 7.0磷酸盐缓冲液（PBS）中表现出最高的表观生物活性...
Logistic Regression of Ligands of Chemotaxis Receptors Offers Clues about Their Recognition by Bacteria.
由于细菌趋化信号转导相对简单，大肠杆菌 Tar 和 Tsr 双跨膜趋化受体长期被视为生物传感器候选模型。以往研究主要采用 L-天冬氨酸和 L-丝氨酸作为典型配体，但 Tar 和 Tsr 还能识别多种类似物，其识别机制尚不清楚。为提取不同类似物识别的共同特征，作者对 38 个已知吸引物和 15 个非吸引物进行 PM6 量子化学计算，获...
Monitoring of nutrient limitation in growing E. coli: a mathematical model of a ppGpp-based biosensor.
大肠杆菌可作为生产生物燃料和重组蛋白等有用化合物的细菌细胞工厂，但其高效生产需要精细监测生长条件并优化代谢通量。为避免关键营养耗竭并提高产物产量，作者建议利用细菌天然的营养限制感知机制，即与胞内信使鸟苷四磷酸（ppGpp）生物合成相关的 stringent response。文中提出一种 ppGpp 生物传感器设计，将 ppGpp ...
Biosensor-aided high-throughput screening of hyper-producing cells for malonyl-CoA-derived products.
丙二酰辅酶A（malonyl-CoA）是脂肪酸、多酮体、芪类和黄酮类等天然产物生物合成的重要前体，但大肠杆菌胞内 malonyl-CoA 水平较低，限制了其合成应用。为快速鉴定能够增强 malonyl-CoA 合成的菌株，作者开发了一种全细胞生物传感器。该传感器基于可响应三乙酸内酯（TAL）的突变 AraC 转录调控蛋白 AraC-...
An Electrochemical Biosensor for Rapid Detection of Pediatric Bloodstream Infections.
血流感染是儿童发病和死亡的重要原因，快速准确鉴定病原菌可改善临床治疗。既往报道的电化学生物传感器有望提高检测速度与鉴别能力，但尚不清楚宿主年龄是否影响细菌生长特性，以及儿童血液样品在该传感器中的表现是否与成人不同。本研究将该新型技术用于检测加入儿童血液中的细菌，并与成人血液直接比较。研究仅使用成人和儿童志愿者各180 µL血液，接种...
Maltose Utilization as a Novel Selection Strategy for Continuous Evolution of Microbes with Enhanced Metabolite Production.
我们开发了一种基于碳源利用的新型选择回路，在麦芽糖作为唯一碳源的培养基中建立并维持多代生长-生产偶联。与传统基于抗生素抗性的回路相比，我们首先证明该回路将细胞适应性偶联到代谢物生产的能力更稳健，即使经过多轮选择逃逸风险也低得多。随后将该选择回路应用于 L-色氨酸（L-Trp）生产优化。我们证明，无论应用于小规模定义明确的突变库，还是...
Graphene Field-Effect Transistors for the Sensitive and Selective Detection of Escherichia coli Using Pyrene-Tagged DNA Aptamer.
本研究报道了一种基于石墨烯场效应晶体管（G-FET）并借助吡啶标记DNA适配体（PTDA）检测大肠杆菌（E. coli）的生物传感器。适配体因对目标物具有高稳定性、高亲和力和易修饰性，被用作传感探针。作者首次从理论上讨论并实验验证了E. coli结合导致探针修饰石墨烯载流子密度变化。E. coli与适配体结合后引起适配体构象变化，使...
Assessing glycolytic flux alterations resulting from genetic perturbations in E. coli using a biosensor.
本文报道了一种优化的糖酵解通量生物传感器及其在检测生产菌株和突变库中通量改变中的应用。该传感器基于大肠杆菌 Cra 调控的 ppsA 启动子控制荧光蛋白合成，通过 GFP/RFP 荧光比值反映细胞内糖酵解通量。作者在不同碳源、6 种大肠杆菌菌株以及甲羟戊酸生产过程中验证了传感器对糖酵解通量的依赖性。随后，通过多重 FlowSeq 实...
Monitoring of bacterial film formation and its breakdown with an angular-based surface plasmon resonance biosensor.
细菌生物膜是医疗环境中感染的重要原因。表面等离子共振（SPR）生物传感器不仅可用于检测生物分子和表征生物材料，也可用于监测细菌膜形成。本文报道了一种角度型 SPR 生物传感器用于实时监测细菌生长、生物膜形成及不同清洁剂作用下生物膜去除的概念验证研究。该自制 SPR 仪器可同时记录临界角和共振角，从而提供常规强度型 SPR 系统难以获...
Dense Layer of Bacteriophages Ordered in Alternating Electric Field and Immobilized by Surface Chemical Modification as Sensing Element for Bacteria Detection.
为应对细菌感染带来的医疗、食品与环境监测需求，本文报道了一种基于致密且有序排列的噬菌体层的细菌传感元件。该传感元件利用针对特定细菌菌株的T4噬菌体作为天然识别元件，通过表面化学修饰提高噬菌体表面覆盖度，并采用交变电场使噬菌体以尾朝上的取向沉积，从而增加可用受体结合蛋白数量、降低空间位阻。与传统随机取向噬菌体层相比，该方法使细菌捕获灵...
A novel FbFP-based biosensor toolbox for sensitive in vivo determination of intracellular pH.
细胞内 pH 是调控酶促代谢、跨膜转运及细胞存活的关键参数，其异常变化可导致蛋白错误折叠和细胞功能紊乱。为实现对细胞内 pH 的非侵入、高时空分辨率监测，作者构建了一套新型遗传编码 FRET 型 pH 生物传感器工具箱 FluBpH。该工具箱以 FMN 结合荧光蛋白 EcFbFP 作为 FRET 供体域；EcFbFP 对酸性环境具有...
Sort-Seq Approach to Engineering a Formaldehyde-Inducible Promoter for Dynamically Regulated Escherichia coli Growth on Methanol.
紧密且可调的基因表达控制是合成生物学构建可预测基因线路和实现理想表型的重要目标。阐明启动子的序列-功能关系对转录水平操纵基因表达尤为关键，尤其适用于依赖转录调控因子的诱导系统。本文采用大规模并行 sort-seq 方法，结合流式细胞分选（FACS）与高通量测序，对大肠杆菌甲醛诱导启动子 Pfrm 进行单核苷酸分辨率分析。将突变甲醛诱...