2'-岩藻糖基乳糖（2'-FL）是母乳中最丰富的岩藻糖基化寡糖，具有多种健康益处。然而，代谢工程大肠杆菌中 2'-FL 的生物合成常受限速酶 α-1,2-岩藻糖基转移酶（FucT2）不溶和不稳定限制。本研究旨在通过提高幽门螺杆菌 FucT2 的可溶表达增强 2'-FL 生产。由于 FucT2 结构未知，作者采用蛋白溶解度生物传感器，...
D-阿洛酮糖是D-果糖C-3位差向异构体，甜度与蔗糖相近，作为低热量甜味剂在食品和医药领域具有广阔应用前景。目前D-阿洛酮糖主要依靠D-阿洛酮糖3-差向异构酶（DAEase）催化D-果糖转化生产，但DAEase比活性和热稳定性有限，制约工业应用。本研究从培养基成分、筛选质粒和表达宿主等方面系统优化基于转录因子PsiR的超高通量筛选检...
转录因子（TF）生物传感器已应用于蛋白质工程、动态控制、环境检测和即时诊断等生物技术领域。由于可检测配体范围广且模块化程度高，这类传感器是有前景的分析工具；但针对特定应用设计具有所需配体特异性、灵敏度、动态范围和操作范围的传感器仍具挑战，且不同宿主间正交性受细胞背景影响而受限。本文综述了用于即插即用式小分子检测的 TF 生物传感器在...
细菌生物传感器因灵敏、特异、低成本和易操作而在污染物检测中具有重要潜力，但现有镉响应细菌生物传感器在灵敏度、特异性和抗干扰能力方面难以满足实际检测需求。本研究旨在开发一种用于检测实际环境样品中总镉和可提取镉的细菌生物传感器。作者将镉响应转录调控元件 CadR 与绿色荧光蛋白报告元件 GFP 构建到表达载体中，形成镉诱导型全细胞生物传...
4-羟基扁桃酸（HMA）广泛用于医药、食品和化妆品。本研究旨在开发基于变构转录因子（aTF）的 HMA 生物传感器。以 HMA 类似物 4-羟基苯甲酸（4HB）响应型 aTF PobR 为模板，通过定向进化改变其配体选择性，获得可响应 HMA 的新型 aTF。利用易错 PCR 和 Megawhop PCR 构建容量约 55 万突变的...
体内生物传感器可用于代谢物检测和代谢网络调控，是合成生物学与代谢工程的重要工具，但现有传感器数量和性能仍不足。本研究以枯草芽孢杆菌甘氨酸核糖开关为基础，构建甘氨酸核糖开关文库，并结合荧光激活细胞分选（FACS）和 tetA 双遗传选择，在大肠杆菌中筛选出合成甘氨酸-OFF 核糖开关 glyOFF6 和检测范围扩大的合成甘氨酸-ON ...
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...
基于转录因子（TF）的生物传感器有望成为高通量筛选生物催化系统的重要工具，但多数天然 TF 仅在狭窄配体浓度范围内响应，限制了应用。本研究利用枯草芽孢杆菌抑制型转录因子 BsNadR 及其靶启动子，在大肠杆菌中构建了异源烟酸生物传感器。通过易错 PCR（EP-PCR）介导的脱敏工程，将 BsNadR 对烟酸和 DNA 的结合亲和力降...
埋地雷探测风险高且耗资大，微生物生物报告菌可在接触炸药蒸气后发出光学信号，为远程探测提供替代方案。作者此前构建了基于大肠杆菌的 2,4,6-三硝基甲苯（TNT）及其杂质 2,4-二硝基甲苯（DNT）生物报告菌。本研究通过定向进化 yqjF 启动子的转录激活因子 YhaJ，进一步优化该生物报告菌。经三轮易错 PCR 随机突变与筛选，获...
提高目标产物产量是构建和优化微生物细胞工厂的核心目标。赋予菌株基于生物传感器的智能，是解决代谢流不平衡、毒性中间体积累等工程问题的重要途径。近年来，通过理性设计、定向进化或机器学习，针对代谢物和环境信号的遗传编码生物传感器快速发展。除作为高通量筛选中的快速检测方法外，生物传感器越来越多地应用于菌株定向进化和代谢途径动态调控。本文综述...
对映体纯 D-氨基酸是肽模拟物和半合成抗生素中重要的手性构建块。本研究采用基于转录因子的筛选策略，利用酶特异性氨基酚人工底物快速筛选 D-立体特异性氨基酸酰胺酶。作者以 D-苏氨酸苯基酰胺衍生物 DTHPA 为底物，在 D-苏氨酸酰胺酶存在下水解生成 2-氨基苯酚，后者作为潜在酶指示物激活遗传电路。对已知细菌的比较分析显示，若干芽孢...
原核转录因子可被重新用作精确化学测量与调控的分析及合成工具。单萜是一类在食品、化妆品、香料和医药领域具有重要商业价值的化合物，但因其缺乏发色团且同分异构体难以区分，尤其难以在细胞内快速定量。本文以假单胞菌 Pseudomonas putida 中响应樟脑的 TetR 家族转录调控因子 CamR 为平台，通过定向进化扩展其效应物特异性...
基于转录因子（TF）的生物传感器是高通量酶与菌株工程中的理想工具，但被检测小分子可能从高产量细胞泄漏至低产量细胞并激活其传感器，造成串扰，使假阳性/“作弊”细胞在富集群体中过度代表。虽然可通过改造宿主（如删除转运体）减少串扰，但对被动扩散分子并不普适。作者以反式肉桂酸（tCA）生物传感器为例，发现其在苯丙氨酸氨裂解酶（PAL）定向进...
短链醇的生物合成是替代石油基燃料的碳中性途径，但大规模菌株筛选长期受限于气相色谱、液相色谱等繁琐分析。本文以假单胞菌 Pseudomonas putida GPo1 的转录因子 AlkS 及其同源启动子 PalkB 为基础，通过错误 PCR 随机突变、流式分选富集和位点饱和突变等定向进化策略，构建并表征了可识别正丁醇、异戊醇、异丁醇...
遗传编码生物传感器可将小分子配体的产生转化为适合高通量筛选或体内选择的读出信号，对优化小分子生物合成途径具有重要意义，但获得具有合适响应函数和配体偏好的传感器仍具挑战。本研究证明，连续高突变系统 OrthoRep 可有效用于进化高性能生物传感器。作者将别构转录因子 BenM 编码于 OrthoRep 上，使宿主酿酒酵母在传代过程中快...
克拉霉素（clarithromycin, CLA）是天然大环内酯红霉素（erythromycin, ErA）的改进半合成类似物。C6羟基上引入甲基使分子酸稳定性提高，成为临床有用抗生素。本文表明，生物传感器蛋白 MphR 的效应物特异性可通过进化被改造为选择性识别 CLA，从而在活细胞内报告该分子的生成。此外，进化变体的晶体结构揭示...
蛋白或微生物菌株设计的高通量表征耗时费力，限制了高性能生物催化剂的开发。转录生物传感器可将难以观察的生产表型转化为可检测信号，从而在短时间内快速表征数千个变体；但许多目标分子缺乏决定传感器特异性的特异性转录调控因子。本文提出一种结合半理性过渡配体策略与流式细胞分选（FACS）的方法，用于快速工程化生物传感器特异性。该两步策略首先将生...
生物报告器是由基因改造的活细胞组成，当目标化合物存在时产生易于测量的信号。其核心是感知蛋白或适配体，配体结合后调控报告蛋白表达。周质结合蛋白（PBP）曾被提出作为设计非天然配体识别受体的通用支架，但成功有限。本研究以大肠杆菌核糖结合蛋白（RbsB）为骨架，结合计算模拟、随机突变和报告基因筛选，优化了原本用于识别非天然配体1,3-环己...
微生物发酵中代谢异质性和代谢流动态变化限制精确控制，常导致生长受损和低产量。动态代谢工程通过设计多层多基因动态调控网络（DRN），使单个细胞根据生长和代谢物积累自主调节代谢流。本文开发生长耦合的NCOMB（柚皮素-对香豆酸-丙二酰辅酶A平衡）DRN，系统优化(2S)-柚皮素和对香豆酸响应调控通路，实时控制胞内malonyl-CoA供...
定向进化是优化蛋白质和代谢反应的有效方法，但通常需要在突变、筛选和扩增之间反复迭代，劳动密集且受初始序列空间与筛选通量限制。本文建立了一种整合连续超突变与高通量筛选的定向进化工作流，用于代谢途径酶优化。该工作流利用正交复制系统OrthoRep在酿酒酵母中持续生成目标酶变体，并采用基于转录因子的生物传感器对最佳性能变体进行高通量分选。...