A microgravity responsive synthetic genetic device in Escherichia coli.
面向人类太空旅行的生物工程方案必须将微重力作为关键因素。本文设计、构建并表征了首个基于工程化大肠杆菌基因回路的生化与细胞微重力响应装置，该装置通过改变目标增强绿色荧光蛋白（EGFP）基因的表达来响应微重力。装置原理基于大肠杆菌中 Hfq 蛋白在微重力下发生失调，并利用 Hfq 介导的合成小调控 RNA（SynsrRNA）沉默 EGF...
Construction of
他汀是广泛使用的降胆固醇药物，其个体疗效差异可能与人类HMG-CoA还原酶（hHMGR）变异有关。本文报道了两种大肠杆菌全细胞生物传感器的设计与构建。第一种为他汀疗效检测传感器，由混合甲羟戊酸（MVA）通路模块和HMG-CoA传感模块组成：截短人源hHMGR（thHMGR）作为MVA通路关键酶，枯草芽孢杆菌FapR（BsFapR）作...
Two-Component Biosensors: Unveiling the Mechanisms of Predictable Tunability.
本研究针对细胞生物传感器在输入检测之外还需具备合适响应范围的问题，探索双组分细菌生物传感器的可预测调谐机制。作者以受体蛋白丰度为核心调节变量，建立了描述受体丰度与激活阈值、灵敏度、动态范围及工作范围之间功能关系的数学模型。该模型将报告基因稳态表达表示为外部输入浓度与受体丰度的函数，并给出半最大响应浓度 K0.5 和相对动态范围 γ ...
Dissolved organic matter controls of arsenic bioavailability to bacteria.
灌溉和饮用水中的砷对全球人类健康构成威胁。溶解性有机质（DOM）是普遍存在且具光反应性的砷吸附剂，既能抑制也能增强砷的迁移。微生物可通过被认为发生在细胞内的氧化还原过程控制矿物结合砷的释放，但 DOM 对微生物砷生物可利用性的作用虽常被提及，却缺乏实验检验。本研究使用全细胞生物传感器，检验 DOM 对 As(III) 和 As(V)...
Development of a Biosensor for Detection of Benzoic Acid Derivatives in
4-羟基苯甲酸（pHBA）是生产粘康酸和液晶聚合物的重要工业前体，目前主要依赖石化路线。为降低对化石燃料的依赖并提高可持续性，微生物工程是替代传统化学合成的有前景策略，但菌株筛选仍是代谢工程中的瓶颈。本文在酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）中构建了一种名为 sBAD 的合成转录因子生物传感器，其由红假单胞菌...
Robust Characterization of Two Distinct Glutarate Sensing Transcription Factors of
合成生物学中，筛选大型遗传编码文库以获得目标化学物生产表型是重要瓶颈。转录因子生物传感器可用于高通量筛选工程微生物中的最优遗传设计。本研究表征了假单胞菌 Pseudomonas putida 中两个戊二酸感应转录因子 CsiR 和 GcdR。作者分析了 csiR 同源基因的基因组背景，并生物信息预测其 DNA 结合位点；纯化后的 C...
Engineered Orthogonal Quorum Sensing Systems for Synthetic Gene Regulation in
由膜通透性化合物高丝氨酸内酯（HSLs）控制的基因调控元件已成为构建合成基因网络、协调工程细菌群体行为的常用工具。合成 HSL 信号系统源自微生物群体感应通路中的天然 DNA 和蛋白元件。串扰，即一种 HSL 可激活多个调控蛋白，可能导致由并行信号通路组成的网络出现故障。本文报道了对群体感应元件的系统研究，以鉴定在液体和固体培养中几...
Analysis of Fucosylated Human Milk Trisaccharides in Biotechnological Context Using Genetically Encoded Biosensors.
人乳寡糖（HMOs）是人乳中具有重要婴儿健康益处的复杂碳水化合物，但其生物合成优化受限于单糖和糖苷键检测通量低。传统色谱/质谱方法通量通常仅为每天数百样品且难以自动化。本文报道一种遗传编码细菌全细胞生物传感器，通过异源表达岩藻糖苷酶实现岩藻糖基化 HMO 结构 2'-岩藻糖基乳糖（2'-FL）和 3-岩藻糖基乳糖（3-FL）的高通量...
Custom-made transcriptional biosensors for metabolic engineering.
转录生物传感器可用于代谢途径的筛选、选择或动态调控，因此是加速代谢工程与可持续化学原型构建的关键使能技术。近期进展使异源转录因子得以常规使用，嵌合蛋白设计等新策略使工程师能够利用代谢物结合蛋白资源。然而，扩展生物传感器检测范围只是第一步，计算模型有助于微调传感器性能以实现定制化行为。此外，代谢工程将从无细胞表达系统进展中受益，既可用...
Development of a Metabolite Sensor for High-Throughput Detection of Aldehydes in
本文报道了一种基于荧光的代谢物传感器，用于在大肠杆菌内检测多种具有生物技术价值的醛类。YqhC 是一种转录调控因子，在醛类存在时可上调 yqhD-dkgA 操纵子。作者利用该特性构建了双模块生物传感器：感知模块组成性表达 yqhC，报告模块则在 yqhD 启动子控制下表达 syfp2 荧光报告基因。通过对感知模块和报告模块的 5'-...
Linkage-Specific Detection and Metabolism of Human Milk Oligosaccharides in Escherichia coli.
人乳低聚糖（HMOs）是重要的益生元复杂碳水化合物，对新生儿肠道微生物群具有多种益处。然而，其生物合成优化受限于单糖组成和糖苷键分析通量较低。为实现 HMO 结构的高通量筛选，作者构建了基于大肠杆菌的全细胞生物传感器，通过异源表达具有高度糖苷键特异性的糖苷酶，将目标 HMO 水解并释放乳糖核心，进而激活 lac 操纵子并驱动绿色荧光...
Building a minimal and generalizable model of transcription factor-based biosensors: Showcasing flavonoids.
合成生物学工具的发展使活细胞电路设计可用于代谢工程中的通路变体筛选。基于转录因子的生物传感器在筛选中表现良好，但传感器与被测分子之间的定量关系仍需理性理解。本文开发了一种基于转录调控子的松果菊素（pinocembrin）新型生物传感器。已知响应柚皮素（naringenin）的 FdeR 转录因子与红色荧光蛋白（RFP）报告系统组合，...
Screening Phosphorylation Site Mutations in Yeast Acetyl-CoA Carboxylase Using Malonyl-CoA Sensor to Improve Malonyl-CoA-Derived Product.
丙二酰辅酶A（malonyl-CoA）是多种生物化学物与生物燃料合成的关键前体，在酿酒酵母中由乙酰辅酶A羧化酶Acc1p催化生成，并受Snf1蛋白激酶磷酸化负调控，导致胞内水平较低，限制下游产物合成。本研究设计了一种合成malonyl-CoA荧光生物传感器，以细菌转录因子FapR、fapO操纵子和yeGFP报告基因为核心，通过TEF...
Antiquorum sensing, antibiofilm formation and cytotoxicity activity of commonly used medicinal plants by inhabitants of Borabu sub-county, Nyamira County, Kenya.
细菌群体感应（QS）依赖自诱导剂（AIs）调控毒力因子、生物膜形成和发光等表型，因此抑制QS被视为控制细菌毒力的新策略。本研究筛选了肯尼亚西南部Borabu地区居民常用25种药用植物的50%乙醇提取物，利用转化大肠杆菌Top 10群体感应报告菌株进行抗QS活性检测。该生物传感器在pTetR启动子下组成表达LuxR，外源添加3-氧代-...
Developing a Genetically Encoded, Cross-Species Biosensor for Detecting Ammonium and Regulating Biosynthesis of Cyanophycin.
氮状态响应是所有生物生存与代谢调控的核心过程。细菌虽演化出多种复杂的氮调控系统，但天然系统往往高度依赖原宿主，转移至其他物种后常无法正常响应，且其灵敏度与动态范围固定，限制了在合成生物学中的通用性。本文利用乳杆菌 Lactococcus lactis 的 GlnRA 系统，构建了一种遗传编码、跨物种的铵离子生物传感器。该传感器由 G...
Synthetic biology approaches for the production of plant metabolites in unicellular organisms.
合成生物学是将生物系统重新用于新目标与应用的技术领域。通过协调并平衡表达宿主内源基因及来自其他生物的外源基因，可将工业底盘细胞内的代谢资源导向高价值商品的大规模生产。这一新兴交叉学科有望革新高等植物天然产物的发现与生产，因为它提供了多种工具、技术与策略，可利用单细胞生物探索植物天然产物庞大而复杂的化学空间。本综述强调影响生物炼制体系...
A microbial sensor for organophosphate hydrolysis exploiting an engineered specificity switch in a transcription factor.
全细胞生物传感器利用转录因子（TF）可灵敏、选择性地检测特殊化学品或人为分子，但需要更多可用的 TF。本研究基于同源建模和配体对接识别结合口袋，并通过保守突变工程化 Acinetobacter 转录因子 PobR，使其能够识别对硝基酚（pNP），并通过 PobR 启动子驱动的荧光蛋白报告基因测量响应。在约 10^7 个 PobR 变...
Genetically encoded sensors enable real-time observation of metabolite production.
工程细胞生产高价值代谢产物受限于缓慢且费力的浓度评估方法，许多设计未被评估，产物形成动力学也未被观察。本文建立一种无需样品制备和复杂分析即可实时观察产物形成的框架。利用源自小分子响应转录因子的遗传编码生物传感器，提供与细胞内目标代谢物浓度成正比的荧光读出。将合适传感器与产物合成细胞组合，可通过荧光追踪产物形成；单个细胞荧光强度与其代...
Flux Control at the Malonyl-CoA Node through Hierarchical Dynamic Pathway Regulation in Saccharomyces cerevisiae.
在微生物宿主中建立异源合成途径以高滴度和高收率生产工业化学品，需要高效调整中心碳代谢，使代谢通量导向目标产物。这可通过对代谢网络关键分支点的调控实现。本文提出一种围绕关键中间物丙二酰辅酶A（malonyl-CoA）的层级动态控制新方法，用于动态调节途径通量和酶表达水平。控制系统的上层通过下调 malonyl-CoA 用于脂肪酸合成的...
Intermediate-sensor assisted push-pull strategy and its application in heterologous deoxyviolacein production in Escherichia coli.
由于通路工程方法通常缺乏高通量筛选工具，我们开发了一种名为中间物传感器辅助推拉策略（InterSPPS）的新策略，通过引入靶向关键通路中间物的生物传感器实现通路顺序优化。作为概念验证，我们构建了 L-色氨酸（L-Trp）生物传感器，并用于优化脱氧紫罗兰素（deoxyviolacein）生物合成通路；该通路被分为两个模块，L-Trp ...