在大肠杆菌中，D-木酮酸盐分解代谢途径基因位于两个不同操纵子 yagEFG 和 yjhIHG，分别位于两个隐蔽噬菌体基因组中，并受两个转录因子调控：XynR 作为 yagEFG 的阻遏蛋白，YjhI 作为 yjhIHG 的激活蛋白。尽管已知 D-木酮酸盐可诱导这两个操纵子，但真正诱导物尚未明确。作者基于 xynR 和 yjhI 构建...
在环境线索诱导下产生可遗传基因组变化，对环境生物传感、微生物生态与进化研究及合成生物学具有重要价值。位点特异性重组酶可通过靶向 DNA 修饰实现遗传记忆，但其在原核生物中常受泄漏表达和可调性不足限制。作者在大肠杆菌中构建了紧密调控、可滴定的 Cre 重组酶系统，实现低重组率和极低基础活性。该系统在质粒和染色体上均可实现，其中染色体整...
全细胞生物传感器是代谢物监测的有力工具，但动态范围窄和泄漏表达高限制了其广泛应用。本文提出基于两轮设计–构建–测试–学习（DBTL）循环的系统化流程，在大肠杆菌中开发并优化一种基于转录因子的丙酮酸生物传感器。第一轮构建了可响应 0.05–10 mM 胞内丙酮酸水平的 PdhR 型生物传感器。第二轮采用实验设计（DoE）系统考察启动子...
地下水砷污染是全球重大公共卫生问题，影响超过1.4亿人，阿根廷约400万人暴露于含砷水源。私人井水检测常受高成本、专业人员缺乏和距离实验室远限制。本文报道一种便携式、开放获取的砷生物传感器的设计与实现，该传感器结合合成生物学与工业设计，利用基因工程大肠杆菌和比色读出检测低至5 µg/L的砷浓度。在61个实际水样验证中，以10 µg/...
压载水是入侵微生物和病原体传播的主要途径，对生态系统和公共健康构成重大风险。国际海事组织（IMO）已制定严格的排放限值，但常规监测仍有限，目前尚无可靠的船上检测手段供船员在排放前验证压载水质量。本研究开发了一种基于电位检测和生物电识别检测（BERA）工程化生物传感器的快速、便携式船上压载水微生物评估方法。研究评估了两种互补策略：一是...
食品安全危害可诱导DNA损伤、氧化应激、蛋白毒性应激和膜损伤等多种细胞损伤，并最终导致多种人类疾病。传统毒性试验虽有效，但常资源密集，且难以区分不同损伤类型，限制了对毒性反应的理解和靶向风险缓解策略的开发。本研究构建了一套大肠杆菌全细胞生物传感器，可区分不同类别的细胞损伤。具体而言，通过精确控制外源转录抑制因子LexA表达，优化了基...
基因调控网络（GRN）的建模与模拟对于理解生物过程、预测系统行为、解释实验数据和指导合成系统设计至关重要。在合成生物学中，GRN 是实现复杂功能设计与控制的基础，但 GRN 模拟往往耗时且需要专门知识。为此，作者开发了 GRN_modeler，一个具有图形用户界面的友好工具，使无编程经验的用户也能创建现象学模型，同时为高级用户提供命...
腐胺是生物基聚酰胺的重要单体，具有广阔工业应用前景。在以葡萄糖为唯一碳源的大肠杆菌腐胺发酵中，前体赖氨酸的利用与细胞毒性腐胺积累之间的协调不足，是限制高产的主要瓶颈。本研究在大肠杆菌中开发了一种赖氨酸生物传感器，用于动态调控腐胺合成。该传感器基于赖氨酸转运蛋白 LysP、转录激活因子 CadC 以及受 Pcad 启动子控制的 GFP...
本文报道了一种用于饮用水中铅敏感、低成本检测的生物传感器。该传感器采用基因改造的大肠杆菌（Escherichia coli）菌株，使其同时作为铅的信号放大器和报告器，并通过颜色变化进行测量。作者开发了名为 PlomBOX 的测量平台，用于对细菌颜色响应进行成像，并证明其可检测低至世界卫生组织饮用水铅上限 10 ppb 的浓度。该方法...
本研究采用含细菌荧光素酶报告基因 luxCDABE 的大肠杆菌 SM 全细胞生物传感器，实时监测药物暴露引起的基因表达变化。作者在大肠杆菌 SM342、SM335、SM343 和 SM346 中分别表达 recA:luxCDABE、soxS:luxCDABE、micF:luxCDABE 和 rpoB:luxCDABE 四种基因构建体...
甲醛是天然与合成一碳代谢中的关键代谢物。为工程化甲醛产生酶，需要敏感、易用且低成本的检测方法。本研究将大肠杆菌工程化为可检测宽范围甲醛浓度的细胞生物传感器。利用天然和兼性甲醛同化酶，作者设计了三种依赖甲醛生长的大肠杆菌生长传感器菌株。这些菌株通过对一种或多种必需代谢物进行营养缺陷改造，使其在甲醛存在时可通过甲醛同化途径合成相应代谢物...
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 -...
S-腺苷甲硫氨酸（SAM）是重要的生物分子，主要作为甲基供体参与多种生物学功能，也是有价值甲基化化合物生物合成的关键前体，但其供应常成为合成代谢瓶颈。为突破该瓶颈并重塑 SAM 稳态，需要高通量检测胞内 SAM 可用性变化的传感系统。本研究构建了仅含最少组分的质粒系统，将荧光蛋白置于受内源 MetJ 转录因子控制的启动子下游；Met...
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....
经典定向进化是改造生物分子功能的有效策略，但传统方法依赖多步分子生物学操作和反复筛选，耗时费力且通量有限。本研究建立了一种具有温度响应诱导可调性的超高通量体内连续定向进化系统。该系统基于工程化热响应阻遏蛋白 cI857 调控错误倾向 DNA 聚合酶 Pol I* 的表达，并结合携带温度敏感缺陷的基因组 MutS 突变体 MutS60...
北美精神疾病诊断主要依据《精神障碍诊断与统计手册》（DSM），其阈值降低导致误诊和过度诊断增加，加之病耻感，使重性抑郁障碍（MDD）的临床评估和研究困难。现有MDD研究多依赖定性方法，而肠道等生理特征的显著差异提示生物标志物可用于定量、客观评估。本文提出开发一种基于益生菌大肠杆菌（E. coli）的多输入可食用生物传感器，用于表征与...
微生物面临多种可造成损伤的应激因素，并演化出复杂的应激响应机制。现有生物报告系统通常只能监测单一响应，而能够在活体微生物中检测多模态应激响应的传感器仍缺乏。本研究将可正交检测的红色、绿色和蓝色荧光蛋白组合于同一质粒中，构建名为 RGB-S 的报告系统，使大肠杆菌能够同时、独立、实时地分析三条转录应激通路：PosmY 报告 RpoS ...
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...
本研究旨在比较两种食品消毒剂对金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）和大肠杆菌（Escherichia coli）浮游菌及生物膜中相同微生物的效力。使用过氧乙酸基消毒剂（P）和苯扎氯铵基消毒剂（D），采用定量悬液试验测试其对选定微生物群体的效力，并以标准菌落计数法在胰酪大豆琼脂（TSA）上测定细菌悬液中的效力。...
氯酸盐可因食品加工中使用氯化水或设备消毒而污染食品与饮用水，长期暴露可能抑制碘吸收并带来健康风险。现有液相/食品中氯酸盐检测方法如色谱、质谱和拉曼光谱虽准确，但成本高、耗时长且依赖专业人员，难以普及。本研究基于大肠杆菌应对氯酸盐胁迫的分子机制，即周质甲硫氨酸亚砜还原酶 MsrP 的诱导表达，构建了携带 msrP-lacZ 融合基因的...