Point-of-Use Detection of Environmental Fluoride
生物传感器工程的发展使可编程分子系统能够检测多种病原体、核酸和化学物质。本文设计并现场测试了一种用于检测氟化物的生物传感器，氟化物是全球关注的地下水污染物。该传感器由无细胞表达系统组成，其中含有编码氟化物响应核糖开关的DNA模板，该核糖开关可调控产生荧光或比色输出的报告基因。单个反应可冻干用于长期储存，并在实验室和现场条件下检测高于...
Evaluating riboswitch optimality.
核糖开关是一类能够识别多种化学与生物分子输入，并通过RNA构象变化将该识别过程转导为遗传、荧光及其他工程化输出的RNA元件。它们在细胞生物学中广泛存在，并在遗传调控与生物传感中具有应用前景。本文针对在热力学平衡附近工作的ON型和OFF型核糖开关，推导了一个限制其激活比（即活性状态与失活状态RNA比例）的简单表达式：1+[I]/Kd_...
Artificial Caprolactam-Specific Riboswitch as an Intracellular Metabolite Sensor.
己内酰胺是合成尼龙-6的单体，近期已开发用于生物基生产尼龙-6的重组微生物菌株。胞内己内酰胺生物传感器可促进重组微生物菌株的高通量代谢工程。由于重组菌株会混合生产己内酰胺和戊内酰胺，己内酰胺传感器必须对己内酰胺具有高特异性，但此前尚未报道高特异性己内酰胺传感器。本文开发了一种特异性响应己内酰胺的人工核糖开关。该核糖开关采用体外-体内...
Detection of hexahydro-1,3-5-trinitro-1,3,5-triazine (RDX) with a microbial sensor.
含能材料如六硝基胍（RDX）广泛污染军事设施周边土壤与地下水，但低浓度现场监测困难。适配体具有对目标物高亲和力和特异性，是构建新型生物传感器的理想识别元件。本研究报道了一种基于 RNA 核糖开关的 RDX 微生物荧光生物传感器。作者通过氧化石墨烯辅助 SELEX（GO-SELEX）筛选 RDX 适配体，并将其与随机连接序列及 DsR...
Novel Hybrid Input Part Using Riboswitch and Transcriptional Repressor for Signal Inverting Amplifier.
遗传电路由输入、逻辑和输出部件组成，复杂电路的构建需要大量可调遗传部件。然而，输入部件多样性有限且调谐复杂，限制了遗传电路的可扩展性。本文开发了一种RNA-蛋白质杂合输入部件，将核糖开关与正交转录抑制子组合。该杂合输入能够响应核糖开关识别的输入信号并调控输出转录，同时由于转录抑制子的表达实现信号反转。通过改变启动子强度，可方便地调节...
Blueprints for Biosensors: Design, Limitations, and Applications.
生物传感器正在推动分析检测领域的重要进展，并与合成生物学的发展相互促进。生物传感器能够快速、特异性地检测多种分子，在工业、医学、生态和科学研究中具有广泛应用。生物传感器设计方法与其应用一样多样，主要类别包括核酸、蛋白质和转录因子。每一类传感器都依据目标应用和最佳性能参数具有不同优势与局限。具体而言，传感器设计必须考虑配体特异性、灵敏...
A dataset of small molecules triggering transcriptional and translational cellular responses.
本文报道了一个用于识别和收集可被活细胞检测的小分子化合物的数据集，重点围绕细菌转录因子介导的遗传编码生物传感器。该数据集旨在为合成生物学中的多种应用提供基础，包括全细胞生物传感器设计、高通量筛选、代谢通路动态调控、转录因子工程以及正交传感回路构建。数据条目包含化合物名称、InChI分子结构、检测报道文献、检测或工程化宿主、检测与实验...
Sensitive and specific detection of ligands using engineered riboswitches.
核糖开关是位于信使RNA非编码区的RNA调控元件，可通过配体诱导的构象变化调控基因表达。由于它们通常能高亲和、高特异结合小分子配体，因此具有作为体外传感器的潜力。在枯草芽孢杆菌等革兰阳性菌中，嘌呤核苷酸合成受结合鸟嘌呤的核糖开关调控。本研究改造枯草芽孢杆菌xpt-pbuX鸟嘌呤核糖开关，将其用于荧光淬灭检测体系，从而在体外特异性检测...
Directed Evolution of Membrane Transport Using Synthetic Selections.
膜转运体的功能与底物特异性研究受限于实验数据不足，且序列-功能关系难以预测。本文利用配体响应型生物传感器系统，将底物摄取与大肠杆菌生长偶联：只有当细胞表达能转运特定配体的转运体时，配体进入细胞并磷酸化为硫胺素焦磷酸（TPP），TPP 结合核糖开关，启动抗生素抗性基因表达，使细胞在抗生素选择培养基中存活。作者将该合成选择系统用于定向进...
Designing fluorescent biosensors using circular permutations of riboswitches.
基于RNA的荧光生物传感器（RBF）通过将天然核糖开关的配体识别域与体外筛选的荧光适配体融合，用于在体外和活细胞中检测多种代谢物。已有设计采用不同拓扑结构以适应核糖开关结构多样性。本文以SAM-I核糖开关为模型，证明对核糖开关配体识别域进行环状置换（circular permutation）后，仍可构建具有功能的RNA荧光生物传感器...
In vivo biosensors: mechanisms, development, and applications.
体内生物传感器能够识别并响应特定细胞刺激。近年来，生物传感器越来越多地用于代谢工程和合成生物学，因为它们可被整合到合成回路中，根据特定细胞刺激（如某种代谢物或pH变化）调控报告基因表达。天然传感装置种类繁多，通常可分为蛋白质型和核酸型两大类。二者既可直接从天然遗传元件中挖掘获得，也可通过工程化改造现有遗传元件以获得新的特异性或更优性...
Systematic optimization of L-tryptophan riboswitches for efficient monitoring of the metabolite in Escherichia coli.
核糖开关是一类仅由 RNA 组成、可遗传编码的传感-调节元件，能够响应代谢物并调控基因表达，因而在代谢物监测中具有应用潜力。然而，核糖开关的动态范围、基础表达和操作范围等功能参数需针对具体应用进行优化，而其序列-功能关系复杂，优化并不直接。本文以人工 L-色氨酸核糖开关为例，提出三种系统调优策略。首先，通过改变组成型启动子强度或质粒...
Design, Optimization and Application of Small Molecule Biosensor in Metabolic Engineering.
合成生物学与代谢工程使微生物细胞工厂能够生产燃料、化学品和药物，但代谢物浓度相关表型的测量与精确控制仍是瓶颈。遗传编码小分子生物传感器可将代谢物浓度与可测量或可执行输出相耦合，是解决该瓶颈的重要工具。本文综述了代谢工程中小分子生物传感器的设计、优化与应用，重点讨论转录因子（TF）型传感器的优化策略。围绕中心法则，遗传编码小分子传感器...
Naringenin-responsive riboswitch-based fluorescent biosensor module for Escherichia coli co-cultures.
组合合成代谢通路的设计能力已远超对所得微生物菌株进行高效筛选与选择的能力，因此高通量快速筛选技术对合成生物学和代谢工程至关重要。本文报道了一种基于 RNA 核糖开关、带有双荧光报告模块的生物传感器，并建立了基于流式细胞术的高通量筛选方法，用于在共培养体系中鉴定柚皮素（naringenin）高产大肠杆菌菌株。研究确定了影响传感器性能的...
Engineering and In Vivo Applications of Riboswitches.
核糖开关是主要存在于细菌中的基因调控单元，能够响应小分子配体并改变基因表达。这类结构化 RNA 由适配体结构域和表达平台组成：前者高特异性、高亲和力结合目标配体，后者将配体结合事件转导为基因表达输出。近年来，研究者通过理性突变、结构引导设计、筛选与计算建模等方法，开发了可识别新型小分子诱导物的适配体结构域，并优化了表达平台，使其能与...
Riboswitch-Based Reversible Dual Color Sensor.
核糖开关是一类 RNA 传感器，通过 mRNA 5' 非翻译区在化学诱导下发生结构变化来调控下游基因表达。将特定核糖开关与报告基因系统偶联，可将细胞对化学物的检测转化为可量化的报告蛋白信号。然而多数报告系统仅在目标分析物存在时产生信号，难以判断未诱导生物传感器在真实应用中的活性和定位。为此，作者开发了基于大肠杆菌菌毛相变系统的双色报...
Aptamers in Bordeaux, 24-25 June 2016.
本报告总结了2016年6月24日至25日在波尔多举行的‘Aptamers in Bordeaux’研讨会。会议围绕适配体的体外选择、结构表征及其在分析、诊断和治疗中的应用展开，涵盖天然与人工核糖开关、RNA调控机制、突变聚合酶和化学修饰核苷酸碱基赋予适配体新功能的最新进展。报告还介绍了适配体平台在多种重大疾病生物标志物多路复用分析中...
Functional mining of transporters using synthetic selections.
细菌膜转运体中约四分之三功能未知，序列同源性难以准确预测底物特异性。本文报道一种不依赖序列的高通量转运体功能挖掘方法，其核心是配体响应型生物传感器系统：只有当细胞编码特定配体转运体时，胞内代谢物浓度升高才会激活核糖开关并表达抗生素抗性基因，从而在双抗生素选择下存活。作者构建了硫胺素焦磷酸（TPP）响应核糖开关选择系统，从土壤和肠道微...
Old concepts, new molecules and current approaches applied to the bacterial nucleotide signalling field.
信号核苷酸是细菌快速协调细胞通路并适应环境变化的关键分子。过去十年，真核与细菌细胞中相继发现多种新的信号核苷酸，推动该领域快速发展。本文综述核苷酸信号网络的基本原理，总结导致新信号核苷酸发现的重要工作，并重点介绍当前用于快速鉴定核苷酸特异性受体蛋白的方法与资源。文章说明信号核苷酸由环化酶和磷酸二酯酶/水解酶合成与降解，其胞内水平受环...
Riboswitches: From living biosensors to novel targets of antibiotics.
核糖开关通常位于mRNA的5′非翻译区，可特异性结合小分子配体。配体结合后，主要通过转录终止、翻译抑制或mRNA降解等过程调控基因表达。目前已鉴定出30多类核糖开关，多数由适配体结构域和表达平台组成；每类核糖开关的适配体结构域具有保守结构，并通过结合特定化合物稳定表达平台的特定构象。本综述重点介绍核糖开关研究的主要方面，包括新核糖开...