Genetically encoded fluorescent indicators for live cell pH imaging.
细胞内pH是多数细胞过程的基础，植物细胞和微生物中也有pH信号作用，pH失调与癌症、阿尔茨海默病等疾病相关。本综述总结过去二十年遗传编码荧光pH指示剂的发展。首先概述荧光蛋白（FP）型pH指示剂的设计与应用，包括单FP、双FP、红移FP和FRET型指示剂；随后讨论将非GFP荧光团与遗传编码标签结合的杂合pH传感器；最后介绍多色pH成...
Encapsulating genetically modified Saccharomyces cerevisiae cells in a flow-through device towards the detection of diclofenac in wastewater.
近年来，基于遗传改造报告细胞的传感器被用于连续在线水质监测。本文报道了一种新型流通式微流控装置的设计、组装与性能，该装置固定了经遗传改造的酿酒酵母细胞；当受到双氯芬酸刺激时，酵母表达荧光蛋白，其荧光强度由荧光显微镜检测。尽管已有多种固定细胞检测不同分析物的装置，但本系统的创新在于能够安全封闭传感器细胞，从而获得不因细胞流失而失真的荧...
A Pichia pastoris single-cell biosensor for detection of enzymatically produced methanol.
本研究对甲基营养酵母毕赤酵母（Pichia pastoris）进行单细胞分析，开发了一种用于检测异源酶产生甲醇的生物传感器。该传感器中，甲醇及其后续代谢产物可诱导位于甲醇诱导型启动子控制下的荧光蛋白基因表达。通过荧光显微图像定量分析，作者筛选了甲醇诱导型启动子与宿主菌株，并优化预培养和检测条件，以提高甲醇检出限。流式细胞分选（FAC...
Capturing Structural Snapshots during Photochemical Reactions with Ultrafast Raman Spectroscopy: From Materials Transformation to Biosensor Responses.
化学研究物质的组成、结构、性质与转化，理解相关过程对将基础认识转化为实际应用至关重要。飞秒受激拉曼光谱（FSRS）作为强有力时间分辨振动技术，已揭示多种光敏体系的构—能—功能关系。本文展望了将宽带上变频多色阵列（BUMA）等光学创新引入可调谐 FSRS 装置的最新工作，并展示其分辨能力：可追踪金属配位与光解过程，促进高质量薄膜形成，...
Spectroscopic Analysis of the Cu
荧光蛋白可被特定金属离子淬灭，这一现象可应用于金属生物传感。为开发金属生物传感器，作者对荧光蛋白 AmCyan 和 mOrange2 被多种金属离子淬灭进行了光谱分析。1 mM 金属离子筛选显示，AmCyan 的荧光强度被 Co2+ 降至最大值的 48.54%，被 Zn2+ 降至 67.77%，被 Cu2+ 降至 19.30%；mO...
Engineering a palette of eukaryotic chromoproteins for bacterial synthetic biology.
珊瑚礁由与绿色荧光蛋白同源的真核色蛋白（CPs）着色。与荧光蛋白不同，CPs强烈吸收可见光，在环境光下呈现明显颜色，因而具有无需仪器检测、避免紫外损伤和背景荧光、高效FRET猝灭及光声成像等优势，可作为遗传标记并有望用于现场细胞生物传感器。然而，哪些真核CP基因适合在细菌中表达及如何定量检测尚不清楚。本研究利用密码子优化程序，将14...
Genetically Encoded Biosensors in Plants: Pathways to Discovery.
直接与被测分子相互作用的遗传编码生物传感器最早于20多年前以钙离子荧光指示融合蛋白形式出现。此后，该技术已发展为多种生物传感器，并被用于提高对植物生理与发育中关键分子时空动态的理解。本综述重点讨论遗传编码钙指示剂，这是目前最多样且最成熟的生物传感器类别，并概述利用钙、pH、活性氧、氧化还原状态、初级代谢物、植物激素和营养元素生物传感...
Modularization and Response Curve Engineering of a Naringenin-Responsive Transcriptional Biosensor.
为监测微生物胞内外环境并相应调控代谢过程，研究者将天然转录调控系统改造为可检测小分子并表达特定输出信号的转录生物传感器。然而天然响应曲线常不符合实际应用需求。本文以大肠杆菌为宿主，开发并表征了源自 Herbaspirillum seropedicae 的 LysR 型柚皮素响应生物传感器电路，将其解耦为检测模块与效应模块，并系统研究...
In Vivo Imaging of Hydrogen Peroxide with HyPer Probes.
过氧化氢（H2O2）是调控生理与病理细胞过程的关键信号分子。基因编码的HyPer探针因可靶向特定细胞和细胞器，已成为监测多种生物体系中H2O2动态最有效的工具之一。自2006年开发以来，HyPer在氧化还原生物学研究中表现出稳健而强大的性能。近年来，HyPer探针被用于多种模型研究H2O2在不同氧化还原过程中的作用，并越来越多地用于...
A New Method for Immobilization of His-Tagged Proteins with the Application of Low-Frequency AC Electric Field.
蛋白阵列、生物电极和生物传感器的发展要求实现蛋白的高载量、高取向固定并保持其活性。本文提出一种结合静电输运与后续分子扩散的 His 标签蛋白固定化新方法。该方法利用低频交流电场在蛋白溶液中形成陡峭浓度梯度，使带电蛋白在库仑力驱动下向基底表面输运，并通过增强的分子扩散到达金基底；随后 His 标签与基底上的 Ni-MPA 螯合层特异性...
Accepting from the best donor; analysis of long-lifetime donor fluorescent protein pairings to optimise dynamic FLIM-based FRET experiments.
FRET 生物传感器是研究活细胞内特定信号通路激活的有用工具。多数现有传感器基于强度法 FRET 设计，而荧光寿命提供更可靠的 FRET 测量。近十年来，FLIM 系统更易获得，荧光蛋白种类也大幅增加，包括长寿命绿色/青色荧光蛋白 Clover 和 mTurquoise2、红色变体 mRuby2 以及暗受体 sREACh。本研究将这...
Live-cell imaging of cell signaling using genetically encoded fluorescent reporters.
近年来，荧光蛋白工程与活细胞成像技术的协同进步，推动了用于追踪生命系统多尺度信号动态的遗传编码荧光报告蛋白的发展与应用。这类生物传感器具有特异性、敏感性和通用性，并借助荧光的非侵入、非破坏特性及遗传编码能力，特别适合在活细胞和动物中监测信号过程。过去十年，已有大量荧光报告蛋白被开发，用于追踪第二信使与代谢物动态、酶激活与活性、细胞周...
Enzyme-Triggered Dissociation of a FRET-Based Protein Biosensor Monitored by Synchrotron SAXS.
蛋白生物传感器广泛用于监测活细胞及体外体系中的代谢物浓度和酶活性。中性粒细胞弹性蛋白酶（neutrophil elastase, NE）是一种与炎症疾病相关的丝氨酸蛋白酶，其活性若不受调控可导致病理状态。本研究聚焦于一种基于 Förster 共振能量转移（FRET）的 NE 活性生物传感器的结构表征。该传感器由黄色荧光蛋白（YFP）...
Monitoring thioredoxin redox with a genetically encoded red fluorescent biosensor.
硫氧还蛋白（Trx）是哺乳动物两大硫醇依赖性抗氧化系统之一，在氧化还原稳态和信号转导中发挥关键作用。由于缺乏在活细胞中实时监测 Trx 氧化还原动态的方法，Trx 系统的生理和病理功能研究受到限制。本文报道了首个用于监测 Trx 氧化还原状态的遗传编码荧光生物传感器 TrxRFP1。作者将人 Trx1 与氧化还原敏感红色荧光蛋白 r...
A novel FbFP-based biosensor toolbox for sensitive in vivo determination of intracellular pH.
细胞内 pH 是调控酶促代谢、跨膜转运及细胞存活的关键参数，其异常变化可导致蛋白错误折叠和细胞功能紊乱。为实现对细胞内 pH 的非侵入、高时空分辨率监测，作者构建了一套新型遗传编码 FRET 型 pH 生物传感器工具箱 FluBpH。该工具箱以 FMN 结合荧光蛋白 EcFbFP 作为 FRET 供体域；EcFbFP 对酸性环境具有...
Method for Developing Optical Sensors Using a Synthetic Dye-Fluorescent Protein FRET Pair and Computational Modeling and Assessment.
基于 Förster 共振能量转移（FRET）的生物传感器可用于可视化生物和生理过程，并能在空间与时间维度提供详细信息。在 FRET 型生物传感器中，底物结合会引起两个荧光团相对位置变化，从而改变 FRET 效率，并可在荧光光谱中观察到。因此，其设计需要一种结合配体后发生构象变化的配体结合蛋白。然而，并非所有配体结合蛋白在与荧光蛋白...
In Vivo Imaging of Diacylglycerol at the Cytoplasmic Leaflet of Plant Membranes.
二酰甘油（DAG）是脂质合成与细胞信号转导的重要中间物，但传统生化分离会改变DAG池且浓度低，难以区分不同DAG池。本研究验证了一种遗传编码DAG生物传感器在活植物细胞中的应用。该传感器由黄色荧光蛋白（YFP）与蛋白激酶C的C1a结构域（C1aPKC）融合而成，可特异性结合DAG，并稳定表达于烟草BY-2细胞和拟南芥植株。共聚焦成像...
Development of a fluorescent protein-antibody Förster resonance energy transfer probe for the detection and imaging of osteocalcin.
基于荧光蛋白变体间 Förster 共振能量转移（FRET）的荧光生物传感器探针，被广泛用于监测多种生物现象，通常通过配体诱导受体结构域结合来检测目标分子。抗体是各种生物分子特异性识别元件的重要来源，但其潜力尚未被充分开发。本研究构建了一种由荧光蛋白融合抗体可变区片段组成的 FRET 探针，用于检测骨代谢标志物骨钙素（BGP）。该探...
Recent developments of genetically encoded optical sensors for cell biology.
光学传感器是活细胞研究的重要工具，可实时追踪脂质、离子和酶等关键细胞组分的定位、浓度变化或活性。现有探针大多基于荧光，在高端显微镜支持下可提供高空间与时间精度，但要求事件时间尺度与传感器响应时间匹配。过去20年发展出的许多传感器为遗传编码型，其设计多样，应用从简单到复杂。遗传编码传感器在荧光蛋白被发现、其光学性质被工程化改进以及通过...
Fluorescence bioimaging of intracellular signaling and its clinical application.
自野生型绿色荧光蛋白（GFP）cDNA 被分离以来，荧光蛋白持续照亮细胞生物学研究。如今，这些蛋白质不仅是基础研究的重要工具，也日益用于临床医学。本文综述了基于荧光蛋白技术的荧光生物成像在细胞内信号转导研究及其临床应用中的进展。作者利用荧光蛋白技术鉴定了介导流感病毒内吞与感染的关键宿主细胞信号网络，并开发了利用荧光蛋白间能量转移监测...