精确工程化植物转录调控对基础研究和应用都至关重要。天然启动子受进化限制，模块化、可调性和可预测性不足。合成启动子由明确顺式调控元件组成，可招募基因特异性转录因子和通用转录机器，实现精细转录控制。本综述系统总结植物合成启动子的设计与应用，涵盖核心、近端和远端启动子结构，以及启动子语法（基序身份、与转录起始位点距离、间距、螺旋相位、方向...
铁是海洋生物过程必需的关键微量营养元素，海水中铁浓度变化会显著影响初级生产力、营养循环和海洋生物多样性。在低温的极地海洋环境中，铁的作用尤为突出：铁缺乏会限制浮游植物和微生物生长，降低碳固定；铁过量则可能引发有害藻华、耗氧和氧化应激，改变食物网结构。虽然原子吸收光谱、电感耦合等离子体质谱、伏安法、化学发光和流动注射分析等理化方法可测...
化学交换饱和转移（CEST）磁共振成像（MRI）被视为经典诊断成像的潜在替代技术。为降低侵入性和毒性，研究者长期探索内源性化合物或蛋白质作为 CEST 对比剂。近年来，基于基因工程 CEST 对比剂的研究日益受到关注，通常利用已有 CEST 蛋白或对其进行改造。本文报道了一种用于 CEST MRI 的合成生物传感器设计策略：作者利用...
蓝细菌能产生大量结构新颖的次生代谢物，其脂肪酸修饰方式独特，可能成为过氧化物酶体增殖物激活受体（PPAR）配体的新来源。PPARα、PPARβ/δ和PPARγ是配体激活的核受体，参与代谢和细胞过程调控，是多种疾病药物靶点。本文扩展并验证了一种基于细胞的PPAR转激活生物传感器，用于药物发现筛选。该传感器通过更换报告基因提高信号强度与...
随着合成生物学快速发展，培养具备动手能力的STEM人才至关重要，但缺乏可及的实验演示造成机会不平等，且现有课程较少支持学生自主构建生物工程系统。为此，作者开发了四种货架稳定的无细胞生物传感教育模块，只需向冻干的大肠杆菌粗提物中加入水和DNA即可启动反应。模块围绕lac操纵子，引导学生理解转录调控机制、LacI阻遏蛋白对IPTG的剂量...
Vfm群体感应（QS）系统对多种Dickeya植物病原菌的毒力至关重要，其vfm基因簇编码26个参与信号合成、感知或转导的基因。此前Vfm QS信号一直未能被分析化学方法检测。本研究通过比较126株已测序Dickeya菌株的vfm基因簇，发现生物合成基因vfmO和vfmP存在株系特异性多态性，并据此将菌株分为五个Vfm遗传组，预测各...
工业化直接或间接使人类暴露于多种异生物。环境中农药和有毒重金属含量升高并进入食物链，严重威胁人类健康，因此异生物监测对社会安全至关重要。传统方法在线检测成本高、流程复杂，难以满足此类化合物的快速检测与识别需求。基因工程的发展为利用改造微生物提供了可能。全细胞微生物生物传感器（WCBMB）将基因工程生物与源自重金属抗性操纵子的启动子/...
基于细胞的生物传感器利用细胞对环境响应的能力，将其感知机制重新用于检测。MerR 家族蛋白是调控细菌金属抗性基因表达的激活/阻遏开关，已被用于金属生物传感器。金属结合后，其构象改变使基因表达由关闭转为开启。多金属抗性菌株 Stenotrophomonas maltophilia Oak Ridge 02（S. maltophilia...
合成生物学推动了生物传感器作为痕量物质检测工具的发展。以往基于合成生物学的生物传感器多构建于活细胞之上，但细胞生物传感器受转基因生物安全问题和细胞膜通透性限制，响应时间较长，且难以检测细胞毒性或不可透过膜的分析物。无细胞合成生物学的出现克服了上述缺陷。基于无细胞蛋白合成(CFPS)系统的生物传感器具有安全性更高、灵敏度更高、响应更快...
流感疫情每年造成数百万重症和数十万死亡，现有疫苗因病毒频繁变异而保护有限，亟需快速监测流感病毒感染的实验方法。此前虽已构建携带荧光蛋白或小型荧光素酶的复制型报告病毒，但每种病毒株均需反向遗传改造，费时且不便。本研究利用流感A病毒核蛋白（NP）特异性纳米抗体，构建了一种NP依赖的报告基因转录激活模块。该模块将Gal4 DNA结合域（D...
重组DNA技术已用于开发多种全细胞生物传感器，以检测包括重金属离子在内的环境污染物。全细胞生物传感器具有培养简便、成本低、可多重检测且无需特殊分析技术等优点。在合成生物学时代，前沿DNA测序和基因合成技术加速了细胞基传感器的发展。本文综述全细胞重金属生物传感器的当前技术进展，包括合成生物学元件（生物部件）、传感与报告模块、遗传电路和...
生物传感器是将生物材料与合适检测平台结合，用于检测病原微生物、致癌、致突变和/或有毒化学物质或报告生物效应的装置。近年来，大量不同类型生物传感器被开发并应用于多种医学场景，主要源于其众多优势与应用潜力。本综述首先比较生物传感器技术与分析学及常规技术的优势，随后重点讨论生物传感器的分类及其在医学应用中的作用，包括致癌和致突变化学物质的...
酵母生物传感器因具有时间成本低、灵敏度高、可重复性好、可扩展至高通量格式，并能检测污染物的生物可利用形态等优势，已成为环境污染物筛查与检测的常用工具。与基于非全细胞的体外传感器相比，转基因酵母可在较温和条件下培养，并可能适配便携式现场检测设备。然而，酵母生物传感器在低浓度样品检测、现场快速应用、长期稳定性和标准化方面仍存在明显局限。...
过去20年，通过遗传工程改造的微生物全细胞生物传感器（EMWCBs）在化学感知与环境监测方面取得显著进展。这类传感器以活微生物细胞为识别与转导单元，将特定代谢调控盒与报告基因连接，使目标化学物质能够诱导电流、电位、热、电导、显色、发光或荧光等输出信号，从而为污染评估提供简便替代途径。由于人类活动造成的真实污染常由多种化学物质混合组成...
尽管多数生态毒理研究聚焦于微囊藻毒素等少数蓝藻毒素，但越来越多证据表明其他蓝藻代谢物也参与有害健康效应。本研究应用作者自主开发的报告基因细胞生物传感器，检测人类主要异源物应激反应通路 PXR 和 NF-κB 的激活，以鉴定淡水产微囊藻毒素蓝藻水华提取物中新型潜在毒性生物活性。实验测试了含不同水平微囊藻毒素的蓝藻粗提物、纯化提取物以及...
萤火虫荧光素酶通过高度特异的ATP依赖过程发射可见光，已广泛用于基因报告、全细胞生物传感器测量和活体成像。作者此前报道了一种嵌合酶，其N端来自Photinus pyralis荧光素酶，C端来自Luciola italica荧光素酶，具有约2倍增强活性和1.4倍更高生物发光量子产率。随后作者鉴定出5个基于L. italica的氨基酸改...
转基因鱼在推进遗传机制与发育过程研究、水产养殖改良及药物发现中日益重要，并在生态毒理学中展现出作为更高级、整合性化学品健康效应评估系统的潜力。斑马鱼因繁殖力强、胚胎透明、器官发生快且遗传资源丰富，成为最常用的转基因模型鱼。微注射是制备转基因斑马鱼最常用的方法，转座子和巨型内切酶则成为建立稳定转基因品系最可靠的手段。GAL4–UAS系...
开发能够响应细胞内钙信号的合成转录因子，可在单细胞水平分析细胞事件或重构细胞内信息网络。本研究构建了一种钙依赖性转录因子（CaTF），其胞质中的钙蛋白酶敏感序列在胞内钙升高时被钙蛋白酶（calpain）切割，使含TetR DNA结合域和VP16激活域的片段进入细胞核，并结合tetO启动子诱导报告基因表达。结果显示，CaTF介导的报告...
全细胞生物传感器是酶基生物传感器的良好替代方案，因其具有成本低、稳定性好、无需繁琐纯化等优势。近年来，活细胞已被用于检测多种目标物。本综述聚焦于通过遗传改造赋予微生物所需输出信号，以提升生物传感器性能。文章讨论了基于遗传/蛋白质工程和合成生物学构建具有特定信号输出、灵敏度与选择性的微生物的方法，包括报告基因表达、转录调控蛋白/诱导启...
噬菌体是细菌病毒，经过长期进化可高度特异性地识别、感染并在特定宿主菌内复制。基于噬菌体宿主范围，可设计以噬菌体-宿主识别为基础的诊断方法。数十年来，噬菌体分型通过噬菌体裂解特定菌种、菌株或血清型形成噬菌斑来鉴定细菌病原菌。随着对噬菌体-宿主动力学理解加深，以及几乎每种临床、食源或水源病原菌都存在相应噬菌体的认识，研究者发展出多种快速...