本文提出将机理模型与机器学习模型相结合，用于实现从基因型到表型的准确预测，并指导代谢工程。作者首先利用基因组规模代谢模型筛选影响色氨酸生产的关键基因靶点，结合转录组数据挖掘选择30个表达水平多样的启动子，构建由5个基因和6种启动子组合组成的7776个组合设计文库。随后开发基于大肠杆菌TrpR-GAL4激活域融合蛋白的酵母色氨酸荧光生...
含硫氨基酸甲硫氨酸和半胱氨酸在食品工业中重要，可赋予食品硫味或肉香，并参与乳发酵风味形成；切达奶酪特征风味即来源于甲硫氨酸。因此，能过量产生并分泌这些氨基酸的菌株具有应用价值。然而，食品基质中定量这些化合物通常繁琐，需要样品制备和高效液相色谱等方法。细菌天然感知代谢物的能力已被用于开发生物传感器，即特定代谢物被感知后转化为报告基因表...
发酵细菌的某些次级代谢物是食品工业所需化合物，如乳酸菌产生的二乙酰和乙醛。二乙酰赋予乳制品黄油风味，乙醛与酸奶风味和香气相关。这些化合物在食品基质中的定量通常需要繁琐的样品前处理和专门分析方法。细菌天然感知代谢物的能力已被用于开发生物传感器，使特定代谢物的存在被识别并转化为报告基因表达。本研究旨在开发基于荧光的生物传感器检测二乙酰和...
谷氨酸棒杆菌是生产氨基酸及其衍生物的重要工业微生物。为精细调控代谢通路，合成生物学工具主要依赖启动子的理性应用，但可用启动子数量有限。本研究基于 RNA-Seq 数据分析，扩增了 90 个长度 200–500 bp、可能包含启动子-5′-UTR（PUTR）序列的 DNA 片段，并将其与荧光蛋白基因连接。与常用强 PUTR PsodU...
赤藓糖醇是重要的低热量甜味剂和材料合成前体，工业上主要由发酵生产。为加速高产菌株开发，需要快速检测赤藓糖醇并筛选突变株库的高通量方法。本研究利用赤藓糖醇响应型转录因子EryD，构建传感器-调节系统，用于快速筛选和表征赤藓糖醇高产菌株。作者优化了EryD传感器-调节构建体的结构，提高了灵敏度、特异性和动态响应范围，并结合紫外（UV）与...
己内酰胺是尼龙6的重要聚合物前体，目前主要源自石油，年产量约500万吨。现有生物合成途径效率低，产量通常不超过2 mg/L，亟需开发新途径。由于新代谢途径开发常需大量设计且产物滴度低，高灵敏度的终产物生物传感器可显著加速筛选。本文报道了来自 Pseudomonas putida KT2440 的 OplR（PP_3516）戊内酰胺/...
变构转录因子（aTFs）作为配体特异性生物传感器，可实时监测、筛选和调控细胞代谢，但其特异性及配体浓度与输出信号之间的转移函数常需优化。本文提出一种通用高通量方法，在酿酒酵母 Saccharomyces cerevisiae 中进化原核 aTF 的特异性和转移函数。通过对效应结合域（EBD）进行单轮错误 PCR 突变，并结合多种开关...
酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）具有乙醇生产的工业优势，并可通过异源表达纤维素酶用于木质纤维素生物质的整合生物加工（CBP）。然而，该酵母分泌的纤维素酶滴度较低，原因之一是异源蛋白诱导未折叠蛋白反应（UPR）。现有 UPR 检测方法主要基于 RNA，结果不一致且操作繁琐。本研究开发了基于载体的 UPR 生...
本文报道了一种用于 D-psicose（D-阿洛酮糖，D-allulose）生物合成的基于生物传感器的酶工程筛选策略。D-psicose 是一种天然含量低、非毒性、具有甜味且可能有助于对抗肥胖和 2 型糖尿病的稀有糖。作者以 Clostridium cellulolyticum 来源的 D-psicose 3-差向异构酶（DPEas...
基于变构转录因子（aTF）的生物传感器可用于检测代谢物和工业分子，但现有方法多依赖有限的天然 aTF，因此改变其配体特异性以识别新效应物具有重要意义。本研究以 Streptomyces coelicolor 的 PcaV 阻遏蛋白（MarR 家族 aTF）为基础，构建了检测羟基取代苯甲酸（包括原儿茶酸 PCA）的遗传编码生物传感器，...
农业、工业化和城市化使废水、地表水和饮用水中潜在有害化合物浓度升高，雌激素类固醇激素即为典型内分泌干扰物。即使仅数纳克/升，也可引起人和野生动物的急慢性健康问题。本文报道一种基于酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）的雌激素生物传感器，可在1 nM浓度下检测雌二醇（E2）和炔雌醇（EE2）。研究首先在最适实验室...
全细胞生物传感器具有简单、快速、低成本检测重金属的潜力，但基因电路构建模式对其性能的影响长期缺乏系统研究。本研究首次构建并比较了铅和汞检测的反馈耦合、非耦合和半耦合三种基本基因电路模型，探讨解耦传感电路拓扑对报告信号的影响。结果表明，非耦合模型对铅（50 nM）和汞（1 nM）具有更高灵敏度，而反馈耦合电路对汞具有更宽检测范围（10...
无细胞系统是代谢工程和合成生物学中快速、高通量原型化生物部件的有前景平台。其主要限制之一是转录阻遏蛋白的抑制倍数较低，因此主要依赖阻遏蛋白的原核生物传感器开发受到限制。本研究展示如何在无细胞系统中优化此类生物传感器，包括采用含转录因子（TF）质粒的细胞制备 TF 掺杂裂解液、在加入报告 DNA 前对 TF 质粒进行预孵育，以及通过补...
微生物对一碳（C1）气体的同化是合成高价值化学品的潜在途径，但 C1 代谢关键酶缺乏高效分析工具，限制了高通量进化研究。为此，作者构建了单细胞水平的遗传生物传感器系统，将转录因子（TF）与若干 C1 转化酶组合，使目标化合物经酶促反应转化为 TF 配体，从而扩展遗传传感系统的检测范围。研究建立了三种遗传酶筛选系统（GESSs）：FA...
人为释放有毒金属威胁人类健康和生态系统。现有金属生物传感器多依赖异养细菌，需要固定碳源且难以在自然水体中生长。本研究以光自养蓝细菌 Synechococcus sp. PCC 7002 为宿主，构建并表征了基于改造 MerR 家族转录激活因子的金和铜传感器：GolSA113T 具有增强金结合能力，GolSCL 含有来自 CueR 的...
尽管遗传模型已充分证明，β细胞胰岛素抵抗在饮食诱导2型糖尿病（T2DM）中的意义仍不清楚。本研究以易患糖尿病的雄性C57Bl/6J小鼠为模型，给予不同组合的西式饮食，发现β细胞胰岛素抵抗在T2DM进展早期即出现，由高脂毒性增加β细胞工作负荷共同引起。高脂高蔗糖饮食8周内，小鼠出现肥胖、胰岛素和葡萄糖耐量受损，并表现为非代偿性胰岛素分...
砷毒性高且分布广泛，但分散式供水（如家用井水）中的砷浓度常未被量化，现有砷形态分析技术成本高且便携性差。本文报道一种基于大肠杆菌 ArsR 的全细胞荧光生物传感器检测法，可在环境相关浓度下定量无机砷并评估其生物可利用形态。研究发现，常见于生物检测暴露介质中的无机磷酸盐会限制 As(V) 摄取，可能解释既往 As(V) 检测结果的差异...
异戊二烯是合成橡胶前体和萜类途径特征产物。本研究利用 Ralstonia pickettii 的 TbuT 转录调控因子构建异戊二烯生物传感器，使其在工程大肠杆菌中响应细胞内异戊二烯并驱动荧光报告基因表达。由于 TbuT 将异戊二烯识别为次优效应分子，作者采用 T7 RNA 聚合酶介导的转录级联放大报告基因表达，并系统调节 tbuT...
启动子是DNA序列中响应转录因子并启动特定基因表达的小区域。启动子工程生物传感器可通过转录因子识别多胺、糖、内酰胺、氨基酸、有机酸或氧化还原分子，从而激活或抑制基因表达；但相关应用报道较少。本综述介绍了利用人和细菌遗传启动子阵列构建启动子-基因工程生物传感器的策略，并讨论其在高通量筛选（HTS）分子药物、膜蛋白定位与核质穿梭机制研究...
细菌能够感知环境中特定分子并触发相应代谢反应，是重要的生物技术资源。尽管许多介导该过程的转录因子（TF）已被研究，但仅少数被用于分子生物学应用。为扩展具有生物技术价值的生物传感器库，本文提出一种构建和测试嵌合 TF 库的策略，其核心是将高溶解性周质结合蛋白（PBP）与 DNA 结合域（DBD）融合，形成可识别小分子并调控转录的嵌合调...