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...
甲醇是可由二氧化碳和天然气可持续生产的一碳生物制造原料，但其生物转化效率受 NAD+ 依赖型甲醇脱氢酶（Mdh）催化甲醇氧化为甲醛的催化性能限制。本研究对来自 Bacillus stearothermophilus DSM 2334 的中性嗜温 NAD+ 依赖型 Mdh（MdhBs）进行定向进化，以提高其催化活性。作者构建了基于甲醛...
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...
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...
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...
大肠杆菌中 L-色氨酸（L-Trp）生产长期依赖随机诱变与筛选，但所得菌株遗传背景不清。本研究将细胞内 L-Trp 生物传感器与流式细胞分选（FACS）结合，在大肠杆菌中筛选获得 L-Trp 高产株 TPD5，并系统阐明其过量生产的遗传基础。全基因组测序鉴定出多个突变，其中影响最显著的正向突变包括 TnaA 缺失、AroG S211...
高价值多糖通常由野生型或代谢工程微生物宿主通过发酵生产。这些宿主作为细胞工厂，将单糖或淀粉等碳水化合物转化为具有生物活性的多糖。因此，开发有效的体内高通量方法筛选能够高水平合成目标多糖的细胞具有重要意义。单色或双色荧光标记、荧光猝灭以及生物传感器等策略可用于细胞库分选，适用于工业工程菌株驯化和工程细胞中多糖合成代谢通路的优化。同时，...
甲醇脱氢酶（Mdh）是利用甲烷和甲醇作为碳源与能源的关键酶，在甲基营养和合成甲基营养中具有重要作用。NAD 依赖型 Mdh 因单亚基、可在有氧和厌氧条件下产生 NADH 而成为合成甲基营养工程的重要候选，但其催化活性低、对甲醇亲和力不足限制了应用。本研究采用基于转录因子的生物传感器，对来自 Lysinibacillus xylani...
近年来，转录生物传感器已成为代谢工程中的有力工具，可在单细胞水平对胞内代谢物进行半定量检测。然而，其应用常受限于各传感器组件的固有特性及其相互作用；在异源宿主中，传感器还常因低胞内代谢物浓度下信号饱和而失效，从而限制其在高水平生产菌株和后期工程阶段的使用。本文提出一种统一的生物传感器设计，可微调关键传感器参数，并在异源表达宿主中恢复...
能量代谢紊乱是细胞功能障碍和多种疾病的重要驱动因素，但增加或维持细胞内三磷酸腺苷（ATP）水平的方法仍缺乏。为绘制调控细胞ATP的基因与通路全景图谱——ATPome，作者将全基因组CRISPR干扰/激活筛选与ATP生物传感器相结合，在呼吸、糖酵解和基础三种代谢条件下系统鉴定ATP调控基因。结果显示，ATP水平可通过促进能量生成或抑制...
L-缬氨酸是支链氨基酸，也是多数哺乳动物必需营养素。本研究首先构建了 L-缬氨酸生产菌谷氨酸棒杆菌 C. glutamicum ΔppcΔaceEΔalatΔpqo。在此基础上，作者构建了基于 Lrp 型转录调控因子和温度敏感复制子的改进生物传感器，用于将胞内 L-缬氨酸浓度转换为可筛选的荧光输出。随后，利用大气常温等离子体（ART...
假单胞菌 Pseudomonas putida KT2440 因可将多种碳源转化为顺,顺-粘康酸等产物而受到关注。此前工程菌株可从葡萄糖生产粘康酸，但周质葡萄糖氧化导致大量 2-酮葡萄糖酸积累，降低产物收率与选择性。删除葡萄糖脱氢酶基因 gcd 可避免 2-酮葡萄糖酸积累，却显著减慢生长和粘康酸生产。本研究采用适应性实验室进化改善不...
转录生物传感器将难以直接观察的生产表型与荧光等易测输出信号相联系，已成为蛋白质和菌株工程中的有力工具；与荧光激活细胞分选（FACS）联用后，可对大规模突变库进行高通量筛选。然而，尽管已有大量文献报道转录生物传感器的构建与表征，真正成功用于此类高通量筛选的研究仍很少。本文报道了面向大肠杆菌的反式肉桂酸响应型转录生物传感器 pSenCA...
能量代谢不足或失调可能参与多种遗传性、退行性疾病、癌症甚至衰老。ATP 是细胞中央能量载体，但调控 ATP 水平的关键通路尚未系统阐明。作者将富集线粒体基因的池化 CRISPRi 文库、荧光生物传感器和流式细胞分选（FACS）结合，建立高通量遗传筛选，用于检测活人细胞中 ATP 浓度。该策略鉴定出此前未知参与能量代谢的基因。多数线粒...
膜蛋白在生物技术中具有重要价值，但高产量功能性膜蛋白的制备困难限制了其在合成生物学中的应用。例如，G蛋白偶联受体（GPCR）用于全细胞生物传感器时，受限于其在所选宿主细胞表面功能性表达，可检测分子范围有限。本文提出一种简便方法，仅通过改变表达载体即可显著提高酿酒酵母中功能性膜蛋白的产量与均一性。以人腺苷A2a受体为模型，使用常用着丝...
L-丝氨酸广泛用于医药、食品和化妆品工业。虽然谷氨酸棒杆菌可从糖直接发酵生产 L-丝氨酸，但产量仍较低。本研究以工程菌 C. glutamicum ΔSSAAI 为出发菌株，采用大气压室温等离子体（ARTP）诱变提高 L-丝氨酸产量，并基于特异性响应 L-丝氨酸的转录因子 NCgl0581 构建新型荧光生物传感器，通过荧光激活细胞分...
本研究构建了可用于高通量筛选谷氨酸产生微生物的氨基酸生物传感器。该传感器基于双组分调控系统（TCRS）与绿色荧光蛋白（GFP）报告系统。作者将来自 Planococcus sp. PAMC21323 的传感器组氨酸激酶 DegS 的 N 端结构域与大肠杆菌渗透压传感器 EnvZ 的催化结构域融合，构建嵌合 DegS/EnvZ（Deg...
自20世纪50年代以来，肉球菌（Staphylococcus carnosus）被用作香肠发酵的发酵剂，有助于食品安全、风味形成和可控发酵。长期应用表明其为无害的食品级菌种，TM300基因组缺乏致病相关基因，进一步证实其非致病性。自建立TM300克隆系统以来，大量基因被克隆、表达和表征，尤其可在该非致病菌株中功能验证毒力基因。作者开...
环磷酸腺苷（cAMP）在许多物种中作为第二信使发挥调控作用。在工业模式菌谷氨酸棒杆菌中，cAMP是全局转录调控因子GlxR的效应物，cAMP-GlxR复合物可激活或抑制约200个靶基因表达。膜结合III类腺苷酸环化酶CyaB由ATP合成cAMP，但菌内可能还存在未知cAMP合成酶；近期已鉴定cAMP磷酸二酯酶CpdA，可催化cAMP...
转座子插入测序方法正进入微生物学多个领域的分子工具箱。这些方法可鉴定饱和转座子突变体库中转座子插入的基因组位置与密度，并据此推断基因功能。例如，在允许生长条件下，若某基因内无插入或插入极少，该基因可能为必需基因；若突变体库经选择性处理后某基因中的突变被富集或丢失，则该基因可能参与该过程。通常此类实验采用基于适应度的选择，如胁迫条件，...