Illuminating compartmentalized AMPK signaling in single cells.
AMP-激活蛋白激酶（AMPK）是细胞能量稳态的关键调控因子，在能量应激下通过结合AMP并被上游激酶（如LKB1和CaMKK2）磷酸化而完全激活，从而恢复代谢平衡；CaMKK2还可响应钙信号独立于AMP激活AMPK。本文综述了用于测量AMPK活性的遗传编码激酶活性报告器（KARs）的发展，重点介绍FRET型、单荧光蛋白激发比型、相分...
tKeima: A Large-Stokes-Shift Platform for Metal Ion Detection.
在复杂异质条件下检测金属离子对食品安全、环境监测和细胞研究至关重要。荧光蛋白（FPs）因易表达、无需外源辅因子即可强发射，并在金属结合时发生荧光猝灭，而成为有吸引力的生物传感器。tKeima 具有大斯托克斯位移、pH 敏感性和光谱稳定性，可减少背景干扰。本研究考察 tKeima 对 Fe2+、Fe3+ 和 Cu2+ 的猝灭响应。La...
Structure-Based Understanding of Cu
铜离子在生物系统中具有多种重要功能，但失衡或过量积累可引发毒性，并造成农业与生态问题，因此准确检测 Cu2+ 对医学诊断和环境监测至关重要。荧光蛋白（FP）因生物相容性好、可遗传编码且对金属离子具有特异性响应，被提出用于金属离子检测。多种 FP 的荧光发射可被 Cu2+ 可逆猝灭，显示其作为 Cu2+ 响应型生物传感器的潜力。为开发...
Modulating Chromophore Flexibility in GEVIs through Threonine-Based Molecular Switches Reveals an Influence of Membrane Curvature on Protein Activity.
许多基因编码电压指示器（GEVIs）依赖荧光蛋白（FP）域报告膜电位变化。电压传感域激活时，稳态荧光快速可逆变化，提示 FP 域发色团附近发生瞬时构象变化，表明发色团柔性可能是信号调制机制。将发色团附近苯丙氨酸替换为苏氨酸（F165T）引入荧光响应的次级成分，与发色团运动性增加一致；外部方向性极化偏移（164T/166F）可重新取向...
An Improved Ratiometric FRET Biosensor with Higher Affinity for Extracellular ATP.
三磷酸腺苷（ATP）作为自分泌和旁分泌嘌呤能信号分子，可释放至细胞外空间并参与正常细胞间通讯、损伤与免疫反应。作者此前报道了一种基于荧光蛋白的遗传编码 Förster 共振能量转移（FRET）生物传感器，可检测微摩尔水平的细胞外 ATP。本研究通过 ATP 结合位点定点突变和细胞表面展示优化，开发了第二代传感器 ECATS2，其对细...
Ranking Single Fluorescent Protein-Based Calcium Biosensor Performance by Molecular Dynamics Simulations.
遗传编码荧光生物传感器（GEFB）已成为在活体内可视化生物过程的重要工具。典型 GEFB 由感受域（SD）与荧光蛋白（FP）基因融合组成，SD 结合配体或发生酶促反应后构象改变，变构调节色酚环境并改变光谱性质。单荧光蛋白型传感器实验设置简单、单波长操作、易于在活细胞中表达且结构稳定，但 FP 与 SD 之间连接链的长度和残基组成显著...
Calibration of FRET-based biosensors using multiplexed biosensor barcoding.
Förster 共振能量转移（FRET）在荧光蛋白生物传感器中广泛用于监测活细胞内生化活动的动态变化。FRET 比值（受体与供体信号之比）常作为 FRET 效率的替代指标，但需借助仅含供体或仅含受体的样品校正信号串扰，且对激光强度、检测器增益等成像条件高度敏感，导致不同实验或时间点之间难以直接比较。受多重生物传感器条形码成像方法启发...
NeMeHg, genetically encoded indicator for mercury ions based on mNeonGreen green fluorescent protein and merP protein from
汞离子检测在环境监测和细胞生物学研究中具有重要意义，但现有基因编码汞离子传感器存在荧光响应为负、动态范围窄或需要补充辅因子等局限。本研究以环状置换的mNeonGreen绿色荧光蛋白（cpmNeonGreen）和来自志贺氏菌Shigella flexneri的汞结合蛋白MerP为基础，通过理性构建与随机突变筛选，开发了NeMeHg和i...
An Ultrasensitive Biosensor for Probing Subcellular Distribution and Mitochondrial Transport of l-2-Hydroxyglutarate.
L-2-羟基戊二酸（L-2-HG）是参与氧化还原稳态、免疫调控和表观遗传修饰等功能区室化代谢物，但其亚细胞分布与线粒体转运机制因实时原位检测技术受限而不清。本研究开发了一种超灵敏 L-2-HG 荧光生物传感器 sfLHGFRH，由循环置换黄色荧光蛋白 cpYFP/cpSFYFP 与 L-2-HG 特异性转录调控蛋白 LhgR 融合构...
Studying Retroviral Life Cycles Using Visible Viruses and Live Cell Imaging.
病毒利用宿主细胞关键因子完成复制周期各阶段。为理解病毒致病机制并加速抗病毒策略开发，需要高分辨率可视化病毒-宿主相互作用，明确这些事件在细胞内发生的时间和位置。本文综述用于追踪病毒生命周期各阶段的最新活细胞成像技术，重点讨论逆转录病毒，尤其是研究最深入的人类免疫缺陷病毒1型（HIV-1）。文章描述了如何构建“可见”病毒用于活细胞成像...
A hybrid RNA-protein biosensor for high-throughput screening of adenosylcobalamin biosynthesis.
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...
Real-Time cAMP Dynamics in Live Cells Using the Fluorescent cAMP Difference Detector In Situ.
cAMP 差异检测器原位（cADDis）是一种新型生物传感器，可连续测量活细胞中环磷酸腺苷（cAMP）水平。该传感器由环状置换荧光蛋白连接至 Epac2 铰链区构建，形成单一荧光团生物传感器，结合 cAMP 后荧光可升高或降低。传感器具有红色和绿色向上版本以及绿色向下版本，并可提供靶向不同亚细胞定位的版本。本研究采用绿色向下 cAD...
Non-invasive single cell aptasensing in live cells and animals.
本文报道了一种遗传编码适配体生物传感器平台，用于在细胞和动物中非侵入性测量药物分布。该平台将适配体分子识别的高特异性与荧光蛋白易于检测的特性相结合，构建了六种编码适配体传感器，展示了平台的通用性。这些传感器对各自目标药物相对于相关类似物表现出高灵敏度和高特异性，并可在单个活细胞中呈现剂量依赖性响应，直至达到饱和的药物摄取水平。作者将...
An engineered bacterial symbiont allows noninvasive biosensing of the honey bee gut environment.
蜜蜂是研究宿主—肠道微生物互作的重要模型，也是关键传粉昆虫。细菌生物传感器可为宿主与共生菌群之间的复杂互作提供关键信息，但由于缺乏非侵入性肠道内容物采样方法，且可用于改造共生菌的遗传工具有限，蜜蜂中的相关传感器开发长期受限。本研究构建了一套用于遗传改造蜜蜂肠道共生菌的通用分子工具包，并首次在蜜蜂中建立粪便采样技术。作者将蜜蜂原生肠道...
An intein-based biosensor to measure protein stability in vivo.
体内测量蛋白稳定性的生物传感器对多种应用具有重要价值。此前工作表明，将目标蛋白（POI）插入报告蛋白的三元设计可将 POI 稳定性与报告活性相联系。内源蛋白（intein）可在其他蛋白内部翻译，并通过自介导蛋白剪接反应被切除。本研究开发了一种新型折叠生物传感器：将 POI 插入 intein，再将该 intein 置于抗生素抗性标记...
Next-Generation Genetically Encoded Fluorescent Biosensors Illuminate Cell Signaling and Metabolism.
基因编码荧光生物传感器使活细胞中细胞信号与代谢过程的高时空分辨测量成为可能，已深刻改变相关研究。本文综述了开发新型及增强现有生物传感器的不同策略，重点讨论传感单元与报告单元的设计和优化。作者总结了用于获得结构信息以指导传感器设计的晶体学、小角X射线散射、核磁共振及计算模拟方法，并介绍了基于细菌菌落、细菌裂解液、哺乳动物细胞、微流控和...
A Portable, Encapsulated Microbial Whole-Cell Biosensing System for the Detection of Bioavailable Copper (II) in Soil.
本研究开发了一种可现场部署的便携式微生物全细胞生物传感器（MWCB），用于在复杂土壤基质中监测必需微量营养元素铜(II)的生物可利用浓度，且几乎无需样品前处理。传统铜检测方法多依赖实验室化学萃取和精密仪器，难以直接测定生物可利用铜。作者通过对绿色荧光蛋白（GFP）进行环状重排，并在其新形成的N端插入铜离子结合基序（ATCUN mot...
Adaptable, turn-on maturation (ATOM) fluorescent biosensors for multiplexed detection in cells.
生物传感器设计的一大挑战是开发可灵活适配目标、基于单分子荧光蛋白的平台。本文构建了一组可适配的开启式成熟（ATOM）荧光生物传感器，将循环置换的单域蛋白（monobody, MB）或纳米抗体（nanobody, NB）插入荧光蛋白（FP）的三个表面环之一。作者利用识别 hRAS、c-Abl SH2 结构域和 WDR5 的 MB，以及...
Molecular Design of FRET Probes Based on Domain Rearrangement of Protein Disulfide Isomerase for Monitoring Intracellular Redox Status.
多结构域蛋白可基于结构域协同相互作用和变构调节实现复杂功能。本研究探索将多结构域蛋白作为 Förster 共振能量转移（FRET）生物传感器的基础，以蛋白二硫键异构酶（PDI）为代表。PDI 是研究充分的多结构域蛋白，其氧化还原依赖构象变化可暴露跨越 b' 和 a' 结构域的疏水表面，该表面是底物主要结合位点。利用 PDI 的动态结...
Adaptable, Turn-On Monobody (ATOM) Fluorescent Biosensors for Multiplexed Detection in Cells.
生物传感器设计的一大挑战是开发可灵活适配目标、基于荧光蛋白的单分子平台。本文构建了一类可适配的开启型单体抗体（ATOM）荧光生物传感器，将循环置换的单体抗体（monobody, MB）插入循环置换荧光蛋白的三个表面环之一，使目标结合后激活荧光。作者利用针对 WDR5、SH2 和 hRAS 的 MB，分别构建青色、黄色和红色 ATOM...