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...
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...
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...
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...
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...
血管内皮生长因子（VEGF）配体家族及其与VEGF受体（VEGFRs）的相互作用在病理性与生理性血管生成中均发挥重要作用。因此，靶向该信号通路的激动剂和拮抗剂配体在基础生物学研究以及治疗和诊断开发中具有潜力。本研究通过计算机模拟与定向进化相结合的方法，工程化改造结合VEGFR2的Affibody分子，以提高其热稳定性、复性能力和体内...
随着生物基产业受到关注，快速有效改良菌株的技术需求显著增加。进化工程对生物学信息依赖较低，已被用于菌株改良。近年来，合成生物学在进化工程中取得重要进展，尤其发展了用于表型扰动的合成工具；同时，发现具有调控功能的生物部件并设计新型遗传回路，也推动了高通量筛选与选择。本综述首先简述用于诱变和筛选改良变体的合成生物学工具基础，随后描述这些...
合成甲基营养是指改造大肠杆菌等微生物使其以甲醇为碳源生长，是代谢工程与合成生物学的长期目标。NAD 依赖型甲醇脱氢酶（Mdh）是多数甲醇同化途径中的第一个酶，其较差的动力学性质限制途径通量，是合成甲基营养的主要瓶颈。为突破该瓶颈，作者利用甲醛生物传感器建立了噬菌体辅助非连续进化（PANCE）选择系统，用于筛选 Bacillus me...
合成营养缺陷型是通过工程化改造使生物体必须依赖特定分子才能存活的系统。本文提出并验证了一种基于配体依赖必需基因（SLiDE）的合成营养缺陷型构建方法，将配体依赖性引入大肠杆菌必需基因，使突变蛋白仅在特定小分子存在时恢复功能。研究以 pheS、dnaN、tyrS、metG、orn 和 adk 六个必需基因为测试对象，通过定向进化、温度...
漆酶是一类多铜氧化还原酶，因底物谱广、以分子氧为电子受体且仅生成水，被视为绿色催化剂，可用于生物燃料、生物修复、有机合成、纸浆生物漂白、纺织、食品饮料、生物传感器和生物燃料电池等领域。21世纪以来，细菌和真菌漆酶的特性被系统改造，以满足工业上对高催化活性、高稳定性、低成本生产以及耐受有机溶剂、离子液体和生理流体等要求。本文综述了漆酶...
代谢工程用于高价值小分子过量生产，依赖定向进化提高产量。多数目标小分子无色且难以直接筛选。本文综述高通量比色、荧光和生长偶联筛选技术的发展，实现无色小分子检测。首先概述标准定向进化流程中文库构建、转化和筛选的通量限制，并基于小分子检测通量和灵敏度建立筛选与选择阶梯。随后深入分析已证明的小分子检测筛选与选择方法，重点介绍体内生物传感器...
细胞色素P450（CYP）是一类广泛存在的血红素单加氧酶超家族，可催化C-H羟基化、N-去烷基化、O-去烷基化、S-氧化和环氧化等氧化反应，在药物代谢、毒理学、生物催化和环境修复中具有重要价值。本文综述了CYP生物催化剂在生物技术、医学和环境修复中的应用进展，包括药物及药物代谢物合成、基因导向酶前药疗法（GDEPT）激活环磷酰胺和异...
荧光蛋白已成为生物医学研究中重要的蛋白标签、基因表达报告分子、生物传感器组分和细胞谱系追踪工具。然而，由于血红蛋白对 600 nm 以下激发光的强吸收，哺乳动物深组织活体成像受到限制，因此需要能在 600 nm 以上“光学窗口”内有效激发的荧光蛋白。本文通过定点突变和随机突变定向进化，从 Discosoma 和 Entacmaea ...
许多生物传感器依赖分子识别试剂实现高灵敏、高特异检测，而识别试剂的亲和力与特异性往往决定仪器最终性能。抗体因能高亲和、高特异结合多种抗原，被广泛用作生物传感器识别元件。重组体外抗体展示技术，尤其是酵母细胞表面展示，可在保留其他性质的同时增强特定抗体属性。本章介绍一种基于酵母表面展示的抗体亲和力成熟方案：从杂交瘤细胞分离 VH 和 V...
本文介绍利用酵母表面展示技术对生物传感器中的生物受体进行定向进化，以获得更稳定、更高亲和力的配体结合分子。生物传感器通常由识别配体的生物受体和将结合事件转换为可测信号的换能器组成；其中受体的结合强度、特异性和稳定性直接决定检测灵敏度、重复使用能力和长期储存性能。作者以酿酒酵母 EBY100 和 pCT302/pYD1 展示载体为基础...