分枝杆菌属不同成员维生素B12代谢存在差异：非结核分枝杆菌可自身合成B12，而结核分枝杆菌缺乏内源合成能力，依赖宿主供给。作者假设该表型差异可能影响B12依赖酶功能，重点比较甲硫氨酸合成酶MetH与MetE。系统发育分析显示二者在结核与非结核分枝杆菌间明显分化。功能实验发现，M. tuberculosis与M. smegmatis的...
无细胞系统能够以 DNA 或 mRNA 为模板表达易于检测的报告蛋白，是构建摆脱细胞限制的生物传感器的有前景基础；将其封装于膜内形成人工细胞，还可避免环境中抑制分子的不利影响。然而，通常用于此类传感器的细菌无细胞系统往往需要在约 37 °C 下工作，不适合常温现场检测。本研究将真核无细胞系统——小麦胚提取物（WGE）——与编码分析物...
遗传编码回路已成功用于从大型突变库中评估和表征具有理想性状的靶标变体。腺苷钴胺素（AdoCbl）是多种胞内生理反应必需的辅酶，广泛应用于医药和食品工业。能够检测 AdoCbl 产量并筛选优良合成菌株的高通量筛选技术，对构建工业化微生物细胞工厂至关重要。本研究开发了一种 RNA–蛋白混合生物传感器：输入部分为内源 RNA 核糖开关，特...
工程化RNA在生物医学与环境领域具有广泛应用，其功能高度依赖正确折叠。本文报道了一种用于提升核糖开关型荧光生物传感器响应时间的策略。作者以检测代谢物及环境污染物胍（guanidine）的Dru J–Spinach2 RNA荧光生物传感器为对象，发现其荧光开启的限速步骤是配体结合后核糖开关的构象折叠。通过系统突变，作者分别构建转换型与...
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，...
遗传编码生物传感器系统可在活细胞中运行，是检测与定量多种小分子的通用、廉价且可转移工具。本综述介绍了当前最先进的生物传感器设计与组装，包括转录因子、核糖开关和酶偶联装置、高度工程化荧光探针以及新兴双组分系统。文章重点强调通过生物信息学辅助策略解决导致生物传感器在体内无法达到性能标准的情境问题。优化后的生物传感回路可用于高灵敏度监测分...
特定细胞代谢物浓度的定量可反映生理与病理状态下代谢通路的实际利用情况，也是代谢工程中筛选细胞工厂的重要读出指标。然而，目前尚缺乏可直接在单细胞水平实时评估胞内代谢物水平的方法。近年来，天然细菌 RNA 核糖开关的模块化结构启发了遗传编码合成 RNA 器件的设计，这类 RNA 生物传感器可将胞内代谢物浓度转化为定量荧光信号。其通常由代...
无细胞系统可用于构建遗传编码生物传感器，但缺乏细胞膜屏障会限制其在复杂样品中的稳健性。本研究将转录调控型氟化物响应核糖开关封装于脂质体人工细胞中，实现对环境重要分子氟化物的稳健且可调检测。作者采用水包油双乳液法制备单层脂质体，将大肠杆菌 S30 无细胞反应体系、核糖开关 DNA 模板及报告基因包埋其中。外部氟化物可经膜进入囊泡，结合...
过去数十年，基于细胞内生物传感器的动态调控策略在提高有用化合物产量方面取得显著进展。该方法可在维持最佳生长状态的同时实现高生产率。然而，工业发酵体系中同时存在高/低性能非遗传变异体以及不同生长阶段的年轻和衰老细胞，这种显著个体差异会阻碍在单细胞水平精确控制代谢通量，从而难以在宏观群体水平获得高生产率。细胞内生物传感器作为代谢网络的调...
环二腺苷酸（cyclic-di-AMP, CDA）是金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）中调控抗生素耐受、渗透调节、生物膜形成和毒力等多种细胞功能的重要第二信使。准确测定活菌内 CDA 浓度对理解其耐药机制和临床监测具有重要意义。本研究开发了一种新型 RNA 荧光生物传感器 bsuO P6-4，用于在金黄色葡...
核糖开关是能够感知小分子并调控基因表达的天然生物传感器，其结构动态对阐明调控机制和开发 RNA 生物传感器至关重要。本研究将荧光团 Cy3 及其淬灭剂 TQ3 通过位点选择性 RNA 标记（PLOR）和偶联反应，分别掺入全长腺嘌呤核糖开关 RNA 及其适配体结构域，用于在体外和细胞内监测 RNA 构象动态。结果表明，腺嘌呤核糖开关对...
本研究围绕 Geobacter sulfurreducens 中 cGAMP 信号通路，发展了基于亲和捕获与测序的方法，用于鉴定可结合 cGAMP 等非编码 RNA 区域。作者将 cGAMP 偶联到 Sepharose 微珠上，对脱硫弧菌转录组进行亲和捕获，并对捕获产物进行 RNA-seq 分析；结果显示，尽管体外实验中 cGAMP...
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，...
合成生物电路被广泛用于控制微生物细胞功能，天然和合成核糖开关是合成生物学中有吸引力的传感模块。然而，核糖开关电路的fold-change调节困难，通常需要深入理解其机制并筛选突变库，因此需要新的分子部件和简便调节策略。本研究提出基于toehold switch的调节器策略，将核糖开关与转录抑制因子组成的混合输入元件，与从头设计的RN...
细胞传感器在合成生物学、代谢工程和诊断中具有重要价值，但针对同一配体系统比较核糖开关型生物传感器与报告基因开启动力学的研究尚缺乏。本研究开发了用于检测胍（guanidine）的RNA荧光生物传感器（RBF biosensors）。胍是常见变性剂，也是肥料和爆炸物化合物的前体；其可透膜且在大肠杆菌中毫摩尔浓度下无毒，因此可直接向细胞添...
天然产物在微生物细胞工厂中的低产率和低滴度是生物合成中的常见瓶颈。设计遗传生物传感器以监测和调控目标天然产物的合成，是解决该问题的重要策略。本综述系统评价了微生物天然产物生物合成中遗传生物传感器设计的最新进展，重点讨论了遗传部件选择策略与构建原则，包括转录因子（TF）和核糖开关作为传感装置、报告基因或通路基因作为转导装置，以及启动子...
黄酮类化合物是一类源自苯丙烷类代谢的植物次生代谢物，广泛存在于水果、蔬菜和药用植物中，具有抗肥胖、抗癌、抗炎和抗糖尿病等生物活性。其低生物利用度限制了应用，而植物提取和化学合成在安全性、经济性和规模化方面存在瓶颈。本文综述了黄酮类化合物生物制造的最新进展，重点总结植物代谢工程、微生物宿主选择以及遗传编码生物传感器。植物代谢工程可通过...
环二鸟苷酸（c-di-GMP）是细菌中重要的第二信使，调控细菌从运动态向定着态转变，并参与细胞分裂、胞外多糖合成和生物膜形成等过程。由于 c-di-GMP 水平决定细菌表型，其合成与水解受到多重机制严格调控；干扰其稳态会影响细菌生长与存活。现有 c-di-GMP 浓度测定方法大多缺乏单细胞分辨率，无法反映胞内 c-di-GMP 的异...
本研究开发了一种新型无标记、无固定化的RNA适配体修饰核糖开关生物传感器，利用RNA适配体修饰的二级结构支架控制核糖体结合序列（RBS）的可及性。将双链RNA适配体修饰的顺式抑制序列（crRNA）引入指示基因gfp的上游，由于发夹结构中RNA适配体序列不互补，形成RNA泡。无目标分子时，RBS被crRNA隐藏，核糖体无法识别，gfp...
核糖开关具有灵敏度、阈值和动态范围等可调性质，对其理性改造和筛选仍具挑战。本研究建立了一种基于生长偶联筛选的体内核糖开关进化方法，通过正选择与负选择交替富集具有目标阈值的突变体。该方法利用四环素抗性蛋白 tetA 作为双功能选择标记：在高 NeuAc 条件下，正常核糖开关抑制 tetA 表达，使细胞在 Ni2+ 中存活；在低 Neu...