基因编码荧光蛋白激酶生物传感器是阐明激酶组的核心工具。其适应性和多功能性使研究者能够在活细胞和完整生物体中实时观察激酶活性的时空动态。本综述系统介绍了多种激酶生物传感器类型及其在复杂生物系统中的新兴应用，重点讨论神经元系统和整体动物环境中使用的激酶活性报告器。文章概述了基于FRET的激酶活性报告器设计，包括供体-受体荧光蛋白对、激酶...
在肠道等复杂生态系统中检测生物活性肽具有挑战性。本研究以不产乳链菌肽的乳链球菌 Lactococcus lactis NZ9000 为宿主，构建两种新型 nisin 荧光生物报告菌：分别转入 pNZ:Nis-aFP 或 pNZ:Nis-mCherry 质粒，表达厌氧荧光蛋白 evoglow-Pp1（aFP）或红色荧光蛋白 mCher...
土壤可提取抗生素的定量对评估其生物可利用性、迁移性及生态毒理和健康风险具有重要意义。本研究建立了一种基于全细胞生物传感器检测土壤（Alfisol、Mollisol 和 Ultisol）中可提取四环素的方法。该传感器采用携带报告质粒 pMTGFP 或 pMTmCherry 的大肠杆菌 DH5α，质粒中的绿色荧光蛋白（GFP）或单体红色...
汞是全球主要水污染物之一。本研究基于携带 merR 基因的遗传修饰质粒，分别构建了以荧光素酶（LucFF）和翡翠绿色荧光蛋白（EmGFP）为报告基因的全细胞与无细胞生物传感器，用于检测水样中的汞。两种构建体在大肠杆菌和无细胞体系中均达到 1 ppb 汞的检出限。研究发现，高浓度汞对细菌具有细胞毒性，导致全细胞传感器在高汞浓度下出现异...
NAD+在正常与病理过程中发挥核心作用，抑制其合成可用于包括黑色素瘤在内的癌症治疗。为在活细胞中定量NAD+水平并解析NAD+合成的区室化问题，本研究采用近期报道的遗传编码NAD+荧光生物传感器LigA-cpVENUS，将其靶向BRAF-V600E突变的A375转移性黑色素瘤细胞的细胞质、线粒体和细胞核。以NAMPT特异性抑制剂FK...
绿色荧光蛋白（GFP）经分子工程改造为稳定且折叠鲁棒的超级折叠GFP（sfGFP），显著推动了生物传感器开发和荧光标记在生物学中的应用。基于sfGFP的自组装双片段split-FP系统被广泛用于在体外监测可溶性蛋白表达，并在细胞内追踪蛋白定位与转运。近年来发展的三片段split-FP系统依赖三个GFP片段的自组装，尤其适合检测蛋白-...
患者特异性诱导多能干细胞（iPSCs）可分化为所需细胞类型，是研究病理过程与开发治疗策略的有前景模型，但目前尚缺乏常规使用策略。基因编码生物传感器可实时监测信使分子、代谢物和酶活性，并将所记录信号转化为定量数据，从而评估特定分子对疾病发展的影响。本文报道了用于研究与肌萎缩侧索硬化（ALS）相关病理过程的通用细胞平台。作者构建了一系列...
污水处理厂是地表水中药物化合物主要释放源，即使低浓度也可能产生长期环境不利影响。为高效控制药物去除，需要实时识别。目前此类化合物定量依赖专业实验室，耗时且昂贵。本文报道一种用于检测药物化合物双氯芬酸的新型生物传感器，其成本低、操作简便，可直接现场应用。双氯芬酸的识别基于基因工程酵母细胞，这些细胞在双氯芬酸存在下以浓度依赖方式产生绿色...
活细胞荧光显微镜广泛用于研究受体介导的细胞信号动态，但可用的胞内生物传感器有限。基于磷脂酶C-γ1（PLCγ1）串联SH2域的tSH2-WT曾被用于检测表皮生长因子受体（EGFR）磷酸化。本文发现tSH2-WT对磷酸化EGFR缺乏特异性，且其EGF刺激的膜募集动力学与EGFR磷酸化预期不一致。数学模型和实验表明，tSH2-WT的高亲...
细胞内氧化还原状态的变化是多种代谢反应的结果，并同步调控细胞生理过程，因此监测活细胞氧化还原状态对理解细胞生理至关重要。目前已开发多种基因编码荧光氧化还原传感器。此前作者开发了氧化敏感荧光蛋白 Oba-Q，其在氧化条件下发生显著荧光猝灭。为扩展氧化还原传感器蛋白的应用范围，本研究基于 Oba-Q 的分子架构进行优化，成功制备了基于 ...
自基于绿色荧光蛋白（GFP）和Förster共振能量转移（FRET）原理的首个钙指示剂问世以来，已过去二十年。在此期间，研究者提出许多新想法以改进遗传编码FRET生物传感器，使其检测对象从小分子扩展到信号蛋白和理化性质。虽然“遗传编码”FRET生物传感器的优势在多种细胞系建立和若干转基因生物产生后变得明显，但通往这些发展的道路并不一...
简单、稳健的碳纳米结构非共价蛋白功能化策略在杂化纳米材料合成、部件组装和生物传感器开发中备受关注。本文报道将 Car9 和 Car15 碳结合肽分别融合到 sfGFP 和 mCherry 荧光蛋白的 C 端，使融合蛋白能够选择性标记单壁碳纳米管（SWNT）的端部或侧壁。Car15 偏好结合 sp2 碳侧壁，Car9 偏好结合富含羟基...
维持细胞内氧化还原稳态对细胞存活、增殖、分化和信号传导至关重要；氧化还原环境显著改变可诱导细胞死亡，而某些氧化物种的轻微升高则可作为调控多种细胞过程的信号。氧化还原敏感绿色荧光蛋白 roGFP2 和 rxYFP 已被用于非侵入、在线监测细胞内氧化还原变化。为扩展荧光氧化还原生物传感器的光谱范围，本文报道了基于红色偏移 mRuby2 ...
Src 激酶在细胞迁移、机械感知、促分裂与抗凋亡信号中发挥关键作用，其异常激活常见于多种肿瘤。非活性 Src 呈紧凑构象，由 SH2 域结合磷酸化 Tyr527、SH3 域结合 CD linker 及激酶域等分子内相互作用维持；活性 Src 呈开放构象。作者利用这一空间调控机制，构建了基因编码的荧光共振能量转移（FRET）Src 生...
汞（Hg）对微生物的生物可利用性是汞在食物网中生物放大的关键步骤，镉（Cd）的转化与生物可利用性则影响其在主要粮食作物中的积累。这些金属的生物可利用性取决于其在溶液中的形态，尤其在厌氧条件下，Hg 可被甲基化为有毒的甲基汞（MeHg），Cd 可在根际持续存在。全细胞微生物生物传感器在金属进入细胞质时产生可量化信号，是评估金属生物可利...
细胞信号网络是细胞响应外界刺激并决定其命运与功能的基础。荧光蛋白的发现使遗传编码荧光生物传感器迅速发展，这类传感器可在活细胞内直接表达，用于实时测量信号转导通路的时空动态。本文系统梳理了已发表的工程化荧光生物传感器，归纳其传感单元与报告单元的设计策略，包括荧光蛋白直接响应、蛋白转位、FRET/BRET/FLIM 等读出机制，以及基于...
磷脂纳米壳（如脂质体）是构建纳米生物传感器和分子递送系统的多功能平台，但在复杂生物环境中易解聚、降解，导致内容物释放并破坏传感功能。聚合物支架稳定（PSS）技术通过将反应性单体分配到磷脂双分子层后进行自由基聚合，可显著提高磷脂纳米壳稳定性。本研究比较了紫外光引发、中性氧化还原引发和热引发三种自由基引发条件，以制备稳定的 PSS-磷脂...
细菌周质结合蛋白（PBP）在配体结合后会发生显著构象变化，可被用于监测配体浓度。构建此类生物传感器的常用策略是采用 Förster 共振能量转移（FRET）信号：在 PBP 上连接两个荧光蛋白（FP）或两个不同颜色的有机荧光染料，使光学读出信号与配体浓度相关。本研究在单分子水平比较了基于大肠杆菌葡萄糖/半乳糖结合蛋白 MglB 的荧...
生物传感器已成为生命科学中不可或缺的工具。其中，基于荧光蛋白的生物传感器具有优异的生物相容性和可调发射性质，但其开发大多依赖试错。为支持理性设计，我们采用可调飞秒受激拉曼光谱（FSRS），并结合瞬态吸收和量子计算，阐明基于 GFP-钙调蛋白复合物的比率型 Ca2+ 生物传感器 GEM-GECO1 的单点 Pro377Arg 突变体的...
临床诊断苯丙酮尿症（PKU）需同时定量苯丙氨酸（Phe）和酪氨酸（Tyr），但现有酶法、串联质谱和高效液相色谱方法前处理繁琐、设备昂贵且难以同时检测。本研究基于大肠杆菌 TyrR 转录调控系统开发全细胞荧光生物传感器，利用 Phe 激活 tyrP 启动子驱动 GFP 表达，Tyr 抑制 aroF 启动子驱动 RFP 表达，实现双信号...