香芹醇（perillyl alcohol）是一种具有抗癌潜力的天然单萜，但其生物合成量有限。细胞色素P450单加氧酶CYP153A6在大肠杆菌中催化柠檬烯羟基化生成香芹醇，是该途径的限速步骤，此前尚未通过定向进化改进。本文报道了一种基于假单胞菌Pseudomonas putida F1中CymR阻遏蛋白的遗传编码生物传感器，使其能够...
萜类化合物是重要的天然产物，但许多高价值萜类化合物的微生物合成受限于生物合成途径理性工程困难以及缺乏直接报告产物形成的高通量筛选系统。α-松油醇等单萜醇在异源宿主中的合成需要前体生成、环化和水捕获化学的协同。本文通过结构指导定向进化改造对香芹酚阻遏蛋白 CymR，开发了可检测 α-松油醇的转录因子型全细胞生物传感器菌株。基于推测配体...
淬灭抗体（quenchbody）是标记荧光团的抗体，其荧光强度在结合抗原后增强，在生物传感器开发中具有重要前景。基于纳米抗体的淬灭抗体因体积小、表达容易、稳定性高、可快速进化且易于蛋白工程而尤为吸引人。然而，现有用于蛋白质检测的设计动态范围有限，荧光增强通常仅为1.1–1.4倍。本研究鉴定了纳米抗体互补决定区（CDR）中决定淬灭抗体...
塑料垃圾持续威胁生态系统和人类健康。尽管塑料降解酶性能提升，但缺乏高通量筛选（HTS）工具限制酶工程应用。本研究开发基于 BmoR 的荧光全细胞生物传感器，检测聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）降解产物乙二醇（EG），用于 PET 降解酶定向进化。通过荧光激活细胞分选（FACS）辅助转录因子工程，定制 EG 响应型 BmoR 突变体，提...
开发新的或改进的单荧光蛋白生物传感器（SFPB），尤其近红外激发/发射，对生物成像很重要。为加速 SFPB 开发，作者报道末端优化的修饰转座子，用于将荧光蛋白随机插入分析物结合域或反之，以最小化连接 linker 长度。较短 linker 可增强结合域构象变化向荧光蛋白发色团荧光调制的变构耦合。概念验证中，末端修饰 Mu 转座子将环...
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...
理想的转录调控回路应在无诱导剂时保持沉默，并在加入效应物后具有宽诱导动态范围。大肠杆菌 lac 操纵子启动子 Plac 因 LacI 对操纵子亲和力中等而存在泄漏表达。本研究通过定向进化改造 LacI 调控蛋白，获得携带 I79T 和 N246S 突变的 M7 突变体。与野生型 LacI 相比，M7 使 lac 启动子泄漏表达降低约...
基于变构转录因子的生物传感器在合成生物学中应用广泛。本研究利用不动杆菌ADP1中的转录因子PobR构建生物传感器，其天然配体4-羟基苯甲酸（4HB）结合后激活PpobA启动子。为筛选响应4-羟基苯基丙酮酸（HPP）的PobR突变体，作者在E. coli中建立双选择系统：正选择用于富集能识别目标配体的突变体，负选择用于消除或削弱仍响应...
本研究采用一种新策略改进血清素响应的单链DNA包裹单壁碳纳米管（ssDNA-SWCNT）纳米传感器，将定向进化与机器学习预测相结合，以迭代优化传感器的灵敏度与选择性。在三轮提高血清素灵敏度的筛选中，研究显著提升了传感器性能，使荧光响应较原始序列增强约2.5倍。随后，针对血清素与多巴胺结构高度相似的问题，通过两轮选择性优化，实现了血清...
快速筛选策略对于从多样化酶库中鉴定所需变体、定制用于D-阿洛酮糖合成的生物催化剂至关重要，但目前酮糖3-差向异构酶（KEases）催化性能不足限制了其应用。本研究基于重新设计的D-阿洛酮糖依赖型生物传感器系统，构建了一种设备依赖少、高通量、生长耦合的体内筛选平台。通过系统优化调控PsiR表达水平的遗传元件，提高了生物传感器的生长响应...
基因编码生物传感器对于增强分子如何调控生物系统的理解至关重要。小分子生物传感器尤其有助于理解化学物质与生物过程之间的相互作用，并通过提高筛选通量、消除传统化学分析所需的样品制备而加速代谢工程。此外，它们在细胞内分析物测量中提供显著更高的空间和时间分辨率。本综述讨论了代谢工程中生物传感器及基于生物传感器的控制系统——生物传感器控制器—...
生物系统的特异性使研究者能够在复杂医学或环境样品中开发针对特定代谢物、毒素和污染物的生物传感器，而不受结构类似化合物的干扰。过去二十年，合成生物学策略被广泛用于创造具有新功能的蛋白质或核酸。除增强生物催化活性、扩大底物范围以及提高酶的立体选择性和稳定性外，增强遗传编码生物传感器的分子特异性已成为重要研究方向。本文综述了高特异性生物传...
酶稳定性常限制微生物生产高附加值化学品和商用酶。作者前期发现，来自 Ipomoea batatas 的异戊二烯合酶 IspSib 热稳定性差，严重限制工程大肠杆菌中异戊二烯生产。本研究通过定向进化提高 IspSib 热稳定性。首先构建三组分蛋白折叠系统 lac′-IspSib-′lac，将 IspSib 的折叠稳定性与氨苄青霉素抗性...
融合脱氨酶的T7 RNA聚合酶（T7RNAP）为体内靶标特异性酶进化提供了同时完成DNA修饰与筛选的工具。本研究通过调节T7RNAP与T7启动子之间的结合效率，建立了名为dT7-Muta的新平台，用于基因诱变。概念验证中，利用dT7-Muta改变sfGFP的荧光分布，并通过流式细胞术筛选突变体。作为功能验证，作者对来自土曲霉（Asp...
尽管理性遗传工程已成为微生物菌种改良的主流策略，但在许多情况下，基于定向进化构建突变库仍是更优选择。因此，对高性能突变体进行精准、高效筛选的需求推动了基于生物传感器的高通量筛选策略发展。遗传编码生物传感器可将期望表型与荧光、生长速率等可检测信号耦联，为高通量筛选提供强大工具。本文综述了多类生物传感器工程化进展及其在定向进化中的应用，...
荧光蛋白（FP）生物传感器是一类遗传编码工具，可在细胞、组织或活体动物中成像生物过程。尽管应用广泛，现有传感器在性能、性质及多路复用成像适用性方面大多远未理想。这些局限促使研究者探索多种创新策略以提升和最大化传感器性能，包括用于开发新型传感器原型的新分子生物学方法、基于微流控的高通量定向进化筛选策略，以及改进的多路复用成像方法。另一...
重编程细胞行为是合成生物学的重要目标。原核变构转录因子（aTF）可被改造为将小分子信号转化为细胞响应的通用工具，因此扩展其识别新诱导剂的能力具有重要意义。本文首先在大肠杆菌中利用谷氨酸棒杆菌 TetR 家族阻遏蛋白 RolR 建立了间苯二酚响应的 aTF 生物传感器。随后，作者沿 RolR 的适应度景观进行迭代定向进化，获得可识别儿...
甲醇是可由二氧化碳和天然气可持续生产的一碳生物制造原料，但其生物转化效率受 NAD+ 依赖型甲醇脱氢酶（Mdh）催化甲醇氧化为甲醛的催化性能限制。本研究对来自 Bacillus stearothermophilus DSM 2334 的中性嗜温 NAD+ 依赖型 Mdh（MdhBs）进行定向进化，以提高其催化活性。作者构建了基于甲醛...
近期生物传感器研究有望实现大基因文库高通量筛选，但生理限制和机制知识不足会阻碍微生物系统高滴度，也影响生物传感器应用。本文表征了先前开发的基于转录因子 ExuR 的半乳糖醛酸生物传感器对其另一配体葡萄糖醛酸的响应。在受控理想条件下，该传感器对葡萄糖醛酸表现出理想响应；但在将其应用于不同 myo-肌醇加氧酶（MIOX）同源物时，响应出...
高通量细胞分选是合成生物学、临床研究和药物发现等领域的重要技术。流式细胞术虽可实现超高通量分选，但主要依赖细胞大小和表面标记，难以分析单细胞分泌产物。液滴微流控分选可为单细胞提供独立微环境，但针对多种分析物建立高通量分选方法仍具挑战。本研究开发基于葡萄糖胺（GlcN）检测的高通量液滴分选系统，用于定向进化二乙酰壳二糖脱乙酰酶（Dac...