Maximizing the performance of protein-based fluorescent biosensors.
荧光蛋白（FP）生物传感器是一类遗传编码工具，可在细胞、组织或活体动物中成像生物过程。尽管应用广泛，现有传感器在性能、性质及多路复用成像适用性方面大多远未理想。这些局限促使研究者探索多种创新策略以提升和最大化传感器性能，包括用于开发新型传感器原型的新分子生物学方法、基于微流控的高通量定向进化筛选策略，以及改进的多路复用成像方法。另一...
Delineating Ultrafast Structural Dynamics of a Green-Red Fluorescent Protein for Calcium Sensing.
荧光蛋白（FPs）是无创生物成像与传感不可或缺的工具。利用可遗传编码荧光蛋白在体内测量细胞游离钙（Ca2+）浓度，可较直接地反映神经元活动。REX-GECO1是一种近期开发的红-绿发射与激发比率型荧光蛋白钙传感器，其高动态范围源于生色团在有无钙离子时对光激发响应的差异。本文结合稳态电子光谱测量（紫外/可见吸收与发射）和飞秒瞬态吸收（...
Enhanced small green fluorescent proteins as a multisensing platform for biosensor development.
工程化LOV基蛋白可自催化掺入外源黄素形成发色团，无需分子氧即可荧光，适用于低氧和厌氧活细胞成像，并对过渡金属离子及生理黄素衍生物敏感，因此是生物传感器开发的潜在平台。但现有黄素结合荧光蛋白（FP）亮度有限。本研究通过定向分子进化开发了一对黄素结合FP miniGFP1和miniGFP2，呈青绿色荧光，激发/发射最大波长为450/4...
Editorial: Visualization of molecular dynamics in live cells by fluorescent protein-based biosensors.
本文是专题编辑文章，介绍基于荧光蛋白（FP）的生物传感器在活细胞中可视化分子动态的研究进展。细胞通过膜受体接收胞外配体、细胞间相互作用和机械信号，并经激酶、磷酸酶、第二信使、小GTP酶和转录因子等通路转导，其时空动态控制分化、迁移、增殖和存活。遗传编码的FP生物传感器可实时监测这些分子事件。文中综述了FRET、BRET、环置换FP（...
Engineering a Fluorescent Protein Color Switch Using Entropy-Driven β-Strand Exchange.
蛋白构象开关广泛用于生物传感，通常由结合靶配体的输入域和产生光学读出的输出域组成。设计此类开关的核心挑战在于通过构象变化将输入与输出信号耦合。本文构建了一种生物传感器：输入域结合诱导折叠驱动输出域构象转变，在体外产生六倍绿到黄比率荧光变化，在培养细胞中产生35倍强度荧光增加。输入域为环状重排FK506结合蛋白（cpFKBP），结合F...
Quantifying the progression of non-alcoholic fatty liver disease in human biomimetic liver microphysiology systems with fluorescent protein biosensors.
代谢综合征是涉及多个器官系统的复杂疾病，肝脏在其中发挥关键作用。非酒精性脂肪肝（NAFLD）是代谢综合征的重要组成，约25%人群存在脂肪肝，并与2型糖尿病、肥胖和高血压等代谢异常相关。由于NAFLD异质性，专家提出代谢功能障碍相关脂肪性肝病（MAFLD）作为新术语。尽管已建立多种啮齿类NAFLD/NASH模型，但难以完整再现患者疾病...
A general strategy to red-shift green fluorescent protein-based biosensors.
与绿色荧光蛋白（GFP）生物传感器相比，红色荧光蛋白（RFP）生物传感器因光毒性更低、自发荧光更少、组织穿透更深而具有内在优势。然而，现有RFP生物传感器常存在动态范围小、亚细胞定位错误和非期望光转换等缺陷，且可用选择有限，逐一开发耗时费力。本文提出一种通用且便捷的方法：通过遗传密码扩展，将非天然氨基酸3-氨基酪氨酸（aY）引入GF...
CellCountCV-A Web-Application for Accurate Cell Counting and Automated Batch Processing of Microscopic Images Using Fully Convolutional Neural Networks.
体外细胞模型是研究正常与病理状态的重要工具，其重要应用之一是开发基因工程生物传感器系统，以实时监测活细胞内发生的过程。目前已有荧光、蛋白基传感系统用于检测活细胞中的多种物质（如过氧化氢、ATP、Ca2+等）或内质网应激等过程，有助于研究致病机制和筛选潜在治疗化合物。同时，也需要开发新工具处理和分析所获得的显微图像。本文提出基于全卷积...
HriGFP Novel Flourescent Protein: Expression and Applications.
基于微生物细胞的生物传感器可用于监测环境污染物，是传统实验室仪器分析的低成本、便捷替代方案。小型单体天然荧光蛋白可被改造为用于生物医学和环境应用的微型传感器件，并能耐受变性剂、高温及较宽 pH 范围。本研究利用从 Hydnophora rigida 中新鉴定的荧光蛋白 HriGFP 检测重金属和有机磷农药等环境污染物，如甲基对硫磷。...
A Versatile, Portable Intravital Microscopy Platform for Studying Beta-cell Biology In Vivo.
胰腺胰岛是包含内分泌、免疫和内皮等多种细胞的复杂微型器官，离体后细胞间通讯丢失，因此糖尿病发病机制需在活体多细胞环境中研究。作者开发了一套可移植的活体显微镜平台，用于在体内研究β细胞功能。首先构建β细胞选择性病毒编码荧光蛋白生物传感器，可快速简便地导入任意小鼠；随后将其与活体显微镜结合，从活体组织获取细胞和亚细胞数据。该平台利用Gr...
pH-Lemon, a Fluorescent Protein-Based pH Reporter for Acidic Compartments.
不同亚细胞pH水平，尤其是溶酶体和内体中的pH，对大分子的降解、修饰、分选、积累和分泌至关重要。本研究通过融合pH稳定的青色荧光蛋白mTurquoise2（mT2）与高pH敏感的增强黄色荧光蛋白EYFP，工程化了一种新型基因编码pH探针。该探针形成比率型生物传感器pH-Lemon，适用于活细胞酸性区室中不同pH条件的成像。酸性条件下...
Homotransfer of FRET Reporters for Live Cell Imaging.
Förster共振能量转移（FRET）最早在20世纪早中期即被观察到，指同种荧光团之间的能量转移，早于现代异色FRET应用。近年来，基于遗传编码荧光蛋白的同色FRET原理在生物传感器中重新受到重视。与标准异色FRET相比，同色FRET具有若干独特优势，尤其可利用荧光偏振显微镜定量测量两个同色荧光团之间的FRET。其优点包括更高的信噪...
Sense and sensibility: the use of fluorescent protein-based genetically encoded biosensors in plants.
基于荧光蛋白的生物传感器为理解植物生物学核心——细胞网络的动态特性——提供了前所未有的定量视角。此类生物报告分子能够可视化细胞调控因子（如Ca2+和H+）以及植物激素的空间与时间动力学，并可在活植物细胞中实时监测膜转运活性。这些工具的发展速度很快，使其越来越灵敏且易于使用；快速扩展的生物传感器工具箱为获得关于广泛植物调控过程的新认识...
Kinetics of PTEN-mediated PI(3,4,5)P3 hydrolysis on solid supported membranes.
磷脂酰肌醇在细胞信号转导和迁移中发挥重要作用。磷脂酰肌醇-3,4,5-三磷酸（PI(3,4,5)P3）作为第二信使可触发细胞运动与增殖，质膜上高水平 PI(3,4,5)P3 与肿瘤发生相关。磷酸酶和张力蛋白同源物缺失染色体10（PTEN）通过水解 PI(3,4,5)P3 生成磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸（PI(4,5)P2）来调节其水...
Fluorescent Protein-Based Turn-On Probe through a General Protection-Deprotection Design Strategy.
本文提出一种通用的保护-脱保护策略，用于设计荧光蛋白生物传感器，并构建了一种开启型 Hg2+ 传感器。作者结合荧光蛋白工程与非天然氨基酸突变，将经典化学氧汞化反应转化为生物传感格式。不同于以往依赖 Hg2+ 与半胱氨酸巯基结合的荧光蛋白汞传感器，该传感器在 sfGFP 的 Tyr66 位点遗传编码 p-乙烯氧基-L-苯丙氨酸（ViP...
Novel Fluorescence-Based Biosensors Incorporating Unnatural Amino Acids.
不同颜色的荧光蛋白是研究蛋白质结构与功能、细胞事件和状态的重要探针。通过理性设计和定向进化，研究者不断赋予荧光蛋白新性质。除用于蛋白表达水平和亚细胞定位成像外，荧光蛋白还被越来越多地工程化为生物传感器，用于在活细胞中追踪小分子代谢物浓度、酶活性和蛋白构象变化。与小分子荧光传感器不同，荧光蛋白可遗传编码，因此可在活细胞内表达，并借助细...
Illuminating Photochemistry of an Excitation Ratiometric Fluorescent Protein Calcium Biosensor.
荧光蛋白（FP）生物传感器是追踪活体系统中金属离子运动的重要工具，但其光照后的工作原理仍不清楚。为支持生物传感器的理性设计，作者利用飞秒受激拉曼光谱（FSRS）在电子激发态解析了新型激发比率绿色荧光蛋白钙传感器 GEX-GECO1 的荧光调制机制。400 nm 光激发后，约 1180 和 1300 cm^-1 的特征振动标记带呈现同...
Tuning calcium biosensors with a single-site mutation: structural dynamics insights from femtosecond Raman spectroscopy.
荧光蛋白生物传感器是生命科学中常用的报告工具，但其基本工作机制仍不清楚。为在天然时间尺度上表征其功能荧光事件，作者采用波长可调飞秒受激拉曼光谱（FSRS），研究带有 Pro377Arg 单点突变的蓝-绿发射比率型荧光蛋白钙离子生物传感器 GEM-GECO1-P377R。400 nm 光激发后，嵌入发色团在约 1000–1650 cm...
Excited state structural events of a dual-emission fluorescent protein biosensor for Ca²⁺ imaging studied by femtosecond stimulated Raman spectroscopy.
荧光蛋白（FPs）是一类受光激发后发出特征颜色荧光的发光生物分子。钙调蛋白（CaM）-绿色荧光蛋白（GFP）嵌合体已被用于光学检测钙离子（Ca2+）。本研究采用飞秒受激拉曼光谱（FSRS）考察一种遗传编码钙离子光学成像生物传感器 GEM-GECO1；该传感器在无 Ca2+ 时发绿光，结合 Ca2+ 后发蓝光。时间分辨 FSRS 数据...
Electroporation-delivered fluorescent protein biosensors for probing molecular activities in cells without genetic encoding.
荧光蛋白生物传感器通常依赖遗传编码，需要转染质粒并在细胞内表达，因而难以应用于数量稀少、难以转染的原代细胞样本。本研究采用电穿孔将蛋白形式的FRET荧光蛋白生物传感器直接递送至细胞内，无需质粒转染和表达。作者以ECFP/YPet Src FRET报告子为模型，在PDMS微流控通道中完成电穿孔递送、细胞培养与荧光成像。该报告子由Src...