微生物细胞工厂中精细化学品产量不足仍是主要瓶颈。体内酶在合成支架上共定位可提升代谢效率，但现有方法常费时且低效。本文开发了一种“scaffoldomics”平台，即用于生物合成途径组合支架化的通用合成框架，可构建多种多酶复合体，并最多将四个途径酶组装到蛋白支架上。作为概念验证，该平台被应用于柚皮素（naringenin）生物合成。作...
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。...
环二鸟苷酸单磷酸（c-di-GMP）是细菌中普遍存在的第二信使，调控细胞周期、生物膜形成、黏附与毒力等关键行为。准确监测胞内 c-di-GMP 水平，对于理解相关生理过程以及开发针对生物膜相关抗生素耐药的抑制剂具有重要意义。本研究开发了一种遗传编码荧光生物传感器 cdiGEBS，其以肺炎克雷伯菌来源的 c-di-GMP 响应转录因子...
葡萄糖酸（GA）是一种高附加值化学品，可用于食品添加剂、抗癌药物和聚合物等。GA 生物合成过程中存在天然的非遗传细胞间差异，培养体系中同时存在高产和低产细胞，低产细胞会浪费营养并降低生产效率；此外，myo-肌醇加氧酶（MIOX）是 GA 合成的关键限速酶，但稳定性和活性较低。为此，本研究基于 GA 生物传感器和四环素外排泵蛋白 Te...
I型模块化聚酮合酶（PKS）是像装配线一样工作的多结构域酶。过去三十年，人们尝试替换、删除和插入新功能结构域以产生新分子。然而，插入异源结构域常使 PKS 不稳定，导致活性丧失和蛋白错误折叠。为解决该挑战，本文开发了一种基于荧光的溶解度生物传感器，可快速识别结构破坏最小的工程 PKS 变体。利用该传感器，筛选了酰基转移酶（AT）交换...
抗生素持久性（亚群耐受）指抗生素敏感菌中部分细胞在杀菌浓度抗生素长期暴露后存活，并在抗生素去除后可再生长，可导致疗程延长、感染复发和遗传耐药加速。目前尚无能在抗生素暴露前将耐受细胞从总体中分离的生物标志物。已有研究表明持久者常存在胞内氧化还原稳态紊乱，因此本研究采用 Peredox [NADH:NAD+] 荧光生物传感器，在单细胞水...
在大肠杆菌及相关菌中，鞭毛制动蛋白YcgR响应胞内升高的环二鸟苷酸（c-di-GMP），降低鞭毛旋转速度并偏向逆时针（CCW）旋转，从而调控细菌游动。此前关于c-di-GMP激活的YcgR直接结合马达蛋白MotA还是破坏转子蛋白FliG结构存在争议。本研究构建并优化了一种基于荧光共振能量转移（FRET）的YcgR生物传感器，将鼠伤寒...
荧光蛋白传感器在活细胞中的应用加速了对生物氯离子过程的理解。利用实验室引导进化可生成并多样化具有不同性质的传感器。我们此前发现，来自 Gloeobacter violaceus 的荧光质子泵视紫红质 wtGR 可改造为氯离子荧光传感器：在 wtGR 与青色荧光蛋白（CFP）融合体的席夫碱反离子位点引入 D121V 突变，得到 GR1...
细菌第二信使双-(3′,5′)-环二鸟苷酸单磷酸（c-di-GMP）是调控生物膜形成、毒力与细胞分化的保守中心分子。能够在活细胞中检测和可视化 c-di-GMP 水平的生物传感器，对于理解其波动如何驱动细胞响应至关重要。本文报道了一种新型 c-di-GMP 生物传感器 CensYBL，其基于链霉菌效应蛋白 BldD 在 c-di-G...
RNA分子因可折叠成复杂结构，适合作为细胞内传感器识别环境波动并通过调控相应基因作出响应。本研究建立了一种基于生物传感器的高通量筛选平台，用于从大量候选菌株中筛选色氨酸（Trp）高产菌株。该平台由色氨酸特异性适配体/核糖开关生物传感器与荧光激活液滴分选（FADS）技术组成：当细胞内Trp浓度升高时，适配体结构变化暴露核糖体结合位点，...
三磷酸腺苷（ATP）是生命体的主要能量载体，其浓度和消耗通量异常与癌症、病毒感染、免疫功能障碍及微生物耐药/持留等密切相关。现有 ATP 检测多依赖裂解细胞或昂贵荧光显微镜，难以实时连续监测活菌胞内 ATP。本文构建了一种合成 ATP 报告子，将 ATP 感应型 rrnB P1 启动子与快速折叠、快速降解的 GFP-mut2 及 S...
L-肉碱是由 L-赖氨酸和 S-腺苷-L-甲硫氨酸衍生、参与真核生物长链脂肪酸转运的活性化合物，广泛用于医药、食品和饲料工业。原核生物中尚未发现天然 L-肉碱生物合成途径，真核微生物生产因培养复杂、滴度低而缺乏经济性。本研究对大肠杆菌进行代谢工程改造，以 L-肉碱生产为目标。作者鉴定并功能表达来自粗糙脉孢菌（Neurospora c...
本文报道了一种基于上转换纳米颗粒（UCNPs）与氧化石墨烯@四氧化三铁（GO@Fe3O4）之间荧光共振能量转移（FRET）的新型“开启型”荧光生物传感器，用于快速检测尿路感染主要病原菌大肠杆菌（Escherichia coli, E. coli）。该传感器以合成 UCNPs 作为荧光供体，其在复杂生物样品中具有稳定发光性能；GO@F...
大肠杆菌中 L-色氨酸（L-Trp）生产长期依赖随机诱变与筛选，但所得菌株遗传背景不清。本研究将细胞内 L-Trp 生物传感器与流式细胞分选（FACS）结合，在大肠杆菌中筛选获得 L-Trp 高产株 TPD5，并系统阐明其过量生产的遗传基础。全基因组测序鉴定出多个突变，其中影响最显著的正向突变包括 TnaA 缺失、AroG S211...
本文报道了基于天然无定形二氧化硅制备的荧光二氧化硅纳米粒子（SNP-RB）及其作为大肠杆菌（Escherichia coli, E. coli）生物传感器的性能。SNP-RB以地热装置沉淀中回收的二氧化硅为前驱体，经溶胶-凝胶法与罗丹明B（Rhodamine B, RB）复合，并用十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）调控介孔结构。傅里叶...
此前报道，删除研究较少的转录因子 yieP 可提高大肠杆菌 W 对 3-羟基丙酸（3-HP）的耐受性。本研究通过系统分析、生理学与功能研究，提出 yieP 删除通过上调编码假想 3-HP 转运体的 yohJK 操纵子来提高 3-HP 耐受性。在多种 C2–C4 有机酸中，yieP 删除带来的耐受性提高对 3-HP 具有高度特异性。将...
金属有机框架（MOF）被认为对生物传感器开发非常有用。本文首次报道利用水分散性铽基 MOF（Tb-BTC，BTC=1,3,5-苯三甲酸）对大肠杆菌（E. coli）进行光学检测。通过紫外-可见、荧光、傅里叶变换红外光谱、X 射线衍射和电子显微镜等表征证实 Tb-BTC 成功合成。将 Tb-BTC 与抗 E. coli 抗体进行生物界...
近红外（NIR）诱导的反斯托克斯荧光在复杂样品生物检测中具有优势，但常用上转换纳米颗粒（UCNPs）荧光强度不足，难以满足高灵敏生物检测。本文构建基于 NIR 激发的磁-荧光细菌检测策略，采用高近红外转换效率的 CaS:Eu,Sm,Mn 和 SrS:Ce,Sm,Mn 双色荧光纳米颗粒，分别偶联细菌识别片段替考拉宁（TEC）和多粘菌素...
ColiSense是一种用于快速检测大肠杆菌（E. coli）的光学生物传感器系统，以β-葡萄糖醛酸酶（GUS）作为大肠杆菌生物标志物酶，并采用6-氯-4-甲基伞形酮-β-D-葡萄糖醛酸（6-CMUG）作为荧光底物。与常规快速GUS方法不同，该系统先裂解样品中的细菌并洗脱提取GUS，在无颗粒和完整细菌存在下直接测定提取酶的连续荧光动...
为检测活细胞中重要信号分子过氧化氢（H2O2），已开发多种遗传编码传感器，但仍需更灵敏、响应更快的生物传感器。本研究以大肠杆菌为平台，开发了一种新型荧光 H2O2 传感器 TScGP。该传感器采用循环置换黄色荧光蛋白（cpYFP），并基于过氧化物酶体蛋白（Prx）与硫氧还蛋白（Trx）之间的氧化还原中继。结构上，cpYFP 被夹在真...