An Anaerobic Biosensor Assay for the Detection of Mercury and Cadmium.
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...
Genetically Encoded Fluorescent Biosensors Illuminate the Spatiotemporal Regulation of Signaling Networks.
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...
Enhanced Fluorescent Protein Activity in Polymer Scaffold-Stabilized Phospholipid Nanoshells Using Neutral Redox Initiator Polymerization Conditions.
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...
Single-Molecule Studies on a FRET Biosensor: Lessons from a Comparison of Fluorescent Protein Equipped versus Dye-Labeled Species.
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...
Watching an Engineered Calcium Biosensor Glow: Altered Reaction Pathways before Emission.
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...
Transcription factor-based biosensor for detection of phenylalanine and tyrosine in urine for diagnosis of phenylketonuria.
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...
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...