许多荧光蛋白（FPs）可被特定金属离子淬灭，这一性质可用于金属生物传感器开发。本研究系统考察了可逆光开关绿色荧光蛋白 Dronpa 被 Co2+ 和 Cu2+ 显著淬灭的现象。作者测定了 Dronpa 分别与 Co2+、Ni2+ 和 Cu2+ 结合后的晶体结构，揭示了此前未见、具有独特构型的金属结合位点。结构分析表明，这些金属离子均...
氧是需氧生物代谢和能量产生的关键物质，而脯氨酰羟化酶结构域酶（PHDs）对缺氧诱导因子（HIF）-1α 的氧依赖性羟基化是控制氧调节基因表达的重要步骤，构成分子水平的氧感应与响应机制。本文报道一种遗传编码的双发射比率荧光传感器 ProCY，可在体外和活细胞中响应 PHD 活性。ProCY 将 HIF-1α 来源的含脯氨酸底物肽和 V...
直接、特异性地检测生物标志物对于监测组织或伤口状态以及炎症进程具有重要意义。中性粒细胞弹性蛋白酶（neutrophil elastase, NE）参与多种生物学过程，与炎症性疾病相关，并富集于炎症组织、伤口渗出液及囊性纤维化患者痰液中。为检测 NE，作者设计了一种 NE 特异性蛋白传感器，其荧光特性在生理浓度下被 NE 选择性切割后...
酸性磷脂是含量较低但对细胞信号至关重要的膜脂，主要包括磷脂酰肌醇磷酸（PIPs，又称磷脂酰肌醇）、磷脂酰丝氨酸（PS）和磷脂酸（PA）。它们可作为关键信号级联中第二信使的前体或本身即为第二信使，调控多种蛋白的定位与激活，并参与几乎所有膜运输事件。因此，理解这些脂质在细胞内的亚细胞定位和动态变化非常重要。多年来，研究者发展了多种用于固...
多光子显微镜系统的商业化推动了活体显微镜在完整动物细胞生物学研究中的应用，而基于荧光蛋白（FP）的生物传感器可实时监测多种细胞过程。Förster 共振能量转移（FRET）探针是检测细胞事件最灵敏的指标之一，但双光子激发（2PE）与单光子激发的差异使活体 2PE FRET 测量仍具挑战。本文提出一种简化 FRET 生物传感器用于活体...
本研究提出一种基于便携式荧光计的实时、连续、非破坏性检测方法，用于监测遗传工程生物传感器植物的应激响应。作者构建了表达黄色荧光蛋白（YFP）生物报告器的拟南芥（Arabidopsis thaliana）植株，其中 YFP 受温度感应启动子 DREB2A（pDREB2A）控制。通过光纤夹固定叶片并用 GFP 荧光计测量荧光，可在热应激...
基于 Förster 共振能量转移（FRET）的生物传感器可用于在活细胞中可视化信号分子的时空动态。许多分子内 FRET 传感器以青色荧光蛋白（CFP）和黄色荧光蛋白（YFP）分别作为供体和受体。然而，由于 YFP 与 CFP 基因之间重组率高，利用慢病毒或逆转录病毒基因转移建立稳定表达 YFP/CFP FRET 传感器的细胞系仍较...
长期太空任务的辐射风险评估需要了解不同空间辐射成分（如重离子）与微重力等空间环境因素的相互作用，以及人体内的物理和生物剂量分布。空间实验和地面重离子加速器实验需要快速、可靠且易于读出的检测系统。为评估不同辐射品质对细胞增殖及重离子照射后生物深度剂量分布的影响，作者建立并表征了一株稳定表达新型荧光蛋白的人细胞系。选用成熟快、荧光强度高...
基于荧光蛋白突变体之间 Förster 共振能量转移（FRET）的生物传感器已广泛用于生理学与生物化学研究，但许多 FRET 传感器在亚最优实验条件下 FRET 变化较小，测量困难。当前领域的重要任务之一是开发新的优化策略。本文报道了通过细菌菌落大规模筛选突变体 FRET 传感器文库来优化 FRET 变化的方法。作者优化了传感器表达...
信号分子生物传感器可结合蛋白工程、荧光成像与细胞生物学，用于研究生理过程。遗传编码生物传感器的构建通常依赖既特异又稳定的结合核心，再与荧光分子偶联形成传感元件；但自然界中常缺乏满足要求的结合蛋白，且现有传感器在稳定性方面仍需改进。祖先蛋白重建是一种可产生高稳定性功能蛋白的蛋白工程方法。本研究以 L-精氨酸为对象，利用祖先蛋白重建与环...
转基因小鼠在现代生物医学研究中具有重要作用，不仅可用于解析特定基因和蛋白功能，还可作为表达荧光生物传感器的工具，在活细胞中实时报告第二信使水平和生化过程。本章提供构建质粒载体并生成表达FRET生物传感器的转基因小鼠的详细方案。该传感器为基于Förster共振能量转移（FRET）的cAMP生物传感器Epac1-camps，由cAMP结...
活体系统中钙离子动态成像对推进神经科学与细胞生物学具有重要意义。G-GECO1.1 是一种强度型荧光蛋白钙离子生物传感器，含有苏氨酸-酪氨酸-甘氨酸（TYG）发色团。其质子化发色团在光激发下通过激发态质子转移（ESPT）发射绿光；当 Ca2+ 结合后，相当比例的发色团发生去质子化。此前，发色团在 ESPT 发生前及过程中的结构演化方...
细胞内氧化还原状态是调控代谢酶活性、活性氧生成与清除等基本细胞功能的关键因素。遗传编码荧光氧化还原传感器（如 roGFP 和 Redoxfluor）已用于活细胞氧化还原状态研究，但在含有其他有色色素的细胞中应用受限。为此，作者开发了更简单的氧化敏感荧光蛋白 Oba-Q（oxidation balance sensed quenchi...
生物膜相关感染中致病菌的鉴定因生物膜基质复杂且异质而困难。为降低异质性对生物膜鉴定的影响，作者开发了一种基于金纳米粒子（AuNP）的多通道传感器，依据生物膜整体理化性质检测并识别生物膜。该传感器由阳离子 AuNP 与三种荧光蛋白（tdTomato、EBFP2、EGFP）形成的可逆猝灭复合物构成；生物膜中细菌胞外聚合物（EPS）与阳离...
荧光蛋白在生物成像和生物医学研究中发挥关键作用，其成像能力取决于蛋白口袋内嵌入色原子的激发态结构动力学。本研究利用飞秒受激拉曼光谱（FSRS）考察新型钙离子（Ca2+）荧光蛋白传感器 GEM-GECO1 的激发态构象动力学。结果表明，在无 Ca2+ 时，主导骨架运动为约 170 cm−1 的苯酚环面内摇摆，该运动促进激发态质子转移（...
生物传感器为测量活体生物体内多种代谢物动态提供了创新工具。它们通过基因编码方式构建，可与特定蛋白或靶向序列融合，从而特异性定位到细胞器区室。线粒体是真核细胞代谢的核心，具有复杂的多区室结构。过去十年，用于能量产生分子、活性氧和二级信使的遗传编码传感器帮助揭示了线粒体生理的关键方面。目前，ATP、NADH、pH、过氧化氢、超氧阴离子、...
铜是生物体内最重要的金属离子之一，在多种生化过程中发挥关键催化作用；体内铜(I)代谢失调具有强毒性，可导致威尔逊病和门克斯病等严重疾病，因此发展能够监测活体内铜(I)动态变化的方法具有重要价值。荧光蛋白基铜(I)传感器因可遗传编码和易读取而受到关注，但已有传感器多基于绿色或黄色荧光蛋白，存在光毒性、自荧光背景和组织穿透不足等问题。本...
基于荧光蛋白（FP）的生物传感器可实时监测活细胞内酶活性，但第一代 FRET 型激酶传感器通常荧光响应较低，优化过程费时费力。本文报道利用高通量大肠杆菌菌落筛选策略优化激酶 FRET 生物传感器。作者构建 pUADE 双表达质粒，在 Ptac 启动子下表达传感器变体，在 PBAD 启动子下表达组成型激酶；通过 L-阿拉伯糖诱导激酶表...
近年来，多种工具使生物学从简单模型层面转向更系统的科学。透明斑马鱼胚胎是重要活体模型，经报告蛋白编码基因的生殖系转化后，可在单细胞分辨率下追踪特定荧光细胞群。转化获得的转基因胚胎、幼鱼和成鱼可在特定时间和组织中开展延时分析、数字成像定量、流式细胞分选和下一代测序。这些多面遗传与细胞方法使研究者能够在亚细胞、细胞间、组织和整体动物水平...
FRET生物传感器可实时检测生物重要配体，但目前仅覆盖22种化合物、8类物质。为扩展可用传感器，作者利用Sinorhizobium meliloti转运组的诱导谱系统筛选新的FRET传感器。研究开发了两种用于在FRET荧光蛋白之间克隆溶质结合蛋白（SBP）基因的新载体：除常用青色/黄色荧光蛋白（CFP/YFP）对外的pCYS载体外，...