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...
Reprogramming FGF1 from the natural growth factor to the engineered heparan sulphate biosensor.
硫酸乙酰肝素蛋白聚糖（HSPGs）是细胞表面和细胞外基质蛋白聚糖，参与信号转导与内吞。由于 HSPGs 在多种癌症中过表达，开发能识别 HSPGs 的生物分子作为生物传感器或药物载体具有重要意义。成纤维生长因子（FGFs）是膜结合 HSPGs 的天然配体，并与成纤维生长因子受体（FGFRs）形成三元复合物。本研究利用 FGF1 结合...
Advanced Bioluminescence Reporter with Engineered
Gaussia 荧光素酶（GLuc）是一种广泛使用的分泌型荧光素酶报告蛋白，常用于细胞报告实验。本研究基于多种桡足类荧光素酶序列比对，采用序列引导突变策略，鉴定出可显著增强生物发光（BL）强度的关键氨基酸。在大肠杆菌中表达的突变蛋白中，M60L、K88Q、F89Y、I90L 和 S103T 五个单点突变在 coelenterazin...
Engineering quorum quenching acylases with improved kinetic and biochemical properties.
许多革兰氏阴性菌利用 N-酰基-L-高丝氨酸内酯（AHL）信号协调生物膜形成和毒力因子产生。群体淬灭酶如 AHL 酰基酶可降解这些分子，阻止信号接收并抑制不良生物膜性状。本研究利用 Protein One-Stop Shop Server 对 PvdQ 和 MacQ 两种 AHL 酰基酶进行工程化改造，以获得高活性、底物特异性和材料...
State-of-the-art in engineering small molecule biosensors and their applications in metabolic engineering.
基因编码生物传感器对于增强分子如何调控生物系统的理解至关重要。小分子生物传感器尤其有助于理解化学物质与生物过程之间的相互作用，并通过提高筛选通量、消除传统化学分析所需的样品制备而加速代谢工程。此外，它们在细胞内分析物测量中提供显著更高的空间和时间分辨率。本综述讨论了代谢工程中生物传感器及基于生物传感器的控制系统——生物传感器控制器—...
Engineering Quorum Quenching Acylases with Improved Kinetic and Biochemical Properties.
许多革兰氏阴性菌利用N-酰基-L-高丝氨酸内酯（AHL）进行群体感应，调控生物膜和毒力因子产生。群体淬灭酰基酶可降解AHL，但需要高活性、高特异性且可材料固定的候选酶。本研究对Pseudomonas aeruginosa PvdQ和Acidovorax sp. MacQ开展PROSS辅助蛋白工程，获得P1-P3和M1-M3变体，并建...
Engineering ligand-specific biosensors for aromatic amino acids and neurochemicals.
微生物生物传感器可用于代谢工程与医学中的动态调控和诊断。然而，天然传感器常同时识别结构相似但功能不同的配体，特异性不足。本研究以一般公认安全菌株大肠杆菌 Nissle 1917（EcN）为宿主，表征了可泛化识别芳香氨基酸或神经化学物的 TyrR 和 TynA-FeaR 两套传感器系统。通过理性蛋白工程，作者基于结构信息选择并定点突变...
Circular Permutated PQQ-Glucose Dehydrogenase as an Ultrasensitive Electrochemical Biosensor.
蛋白质生物传感器在科研与临床检测中日益重要。本文提出一种基于葡萄糖监测核心组分 PQQ-葡萄糖脱氢酶（PQQ-GDH）构建全整合、模块化电化学生物传感器的策略。作者设计了一系列变构调控的环置换 PQQ-GDH 变体，其新产生的 N 端与 C 端通过配体结合域/配体复合物发生分子内支架化后，酶活性可发生大于 10 倍的变化。所开发传感...
Engineering sensitivity and specificity of AraC-based biosensors responsive to triacetic acid lactone and orsellinic acid.
我们此前报道了基于 AraC 调控蛋白的三乙酸内酯（TAL）生物传感器 AraC-TAL1。该变体虽可用于筛选增强 TAL 生物合成的酶库，但存在背景泄漏表达较高、TAL 敏感性较差以及诱导剂特异性宽松等问题，尤其对奥赛利酸（OA）也有响应。开发对 TAL 或 OA 更具特异性的敏感生物传感器，有助于研究和工程化合成这些类似聚酮化合...
Genetically encoded biosensors based on innovative scaffolds.
遗传编码生物传感器是可视化活细胞内外分析物或生物学过程时空动态不可或缺的工具。过去二十余年，随着面向新分析物或新过程的传感器不断开发，其功能、稳健性和应用范围持续提升。本综述重点介绍遗传编码生物传感器设计中的近期进展，尤其关注新颖且创新的支架，这些支架有望为未来传感与成像开辟新的可能性。文章首先概述传感域与报告域的基本设计原则，包括...
CRISPR/Cas9-facilitated engineering with growth-coupled and sensor-guided
蛋白工程在开发新代谢途径和优化现有途径中日益重要。传统基因/酶变体库筛选常在非生产菌株或非相关培养条件下进行，未必能选出最适合生产菌株体内使用的最佳酶变体。本文提出一种整合 CRISPR/Cas9 辅助目标基因工程与生长耦合、传感器引导体内筛选（CGSS）的方法，用于蛋白工程和代谢途径优化。作者以芳香氨基酸合成关键酶 3-脱氧-D-...
Engineering ClpS for selective and enhanced N-terminal amino acid binding.
单分子蛋白质测序的核心挑战之一，是对肽链中特定氨基酸进行高保真顺序识别与检测。N端规则通路适配蛋白ClpS可天然识别肽链N端氨基酸（NAA），野生型对N端Phe具有较高特异性但亲和力有限，同时也能识别Trp、Tyr和Leu。本研究采用定向进化方法，筛选对Phe和Trp具有更高亲和力与选择性的ClpS变体。以根癌农杆菌ClpS2为骨架...
Structure-Based Design of Versatile Biosensors for Small Molecules Based on the PAS Domain of a Thermophilic Histidine Kinase.
体外定量代谢物或人工化学品等小分子仍是生物传感器开发的重要挑战。本文以嗜热菌 Geobacillus thermoleovorans 组氨酸激酶 CitA 的胞外 PAS 结构域 GtCitAP 为支架，通过结合位点移植和理性设计，构建了可结合 L-苹果酸、乙基丙二酸或邻苯二甲酸酯等非天然配体的工程变体。由于嗜热支架在配体结合时构象...
Construction of Allosteric Protein Switches by Alternate Frame Folding and Intermolecular Fragment Exchange.
交替框架折叠（AFF）和蛋白/片段交换（FREX）是用于在无固有变构性质的蛋白中工程化变构构象变化的相关技术。其主要目的之一是将普通结合蛋白转化为生物分子开关，使输入事件转化为光学或功能读出。本章提供将任意结合蛋白改造为具有FRET输出的荧光生物传感器的指南。由于AFF和FREX机制基于蛋白结构与稳定性的普遍原理，而非目标蛋白特有属...
Design Principles for SuCESsFul Biosensors: Specific Fluorophore/Analyte Binding and Minimization of Fluorophore/Scaffold Interactions.
量化蛋白在活系统中的位置与浓度对理解其功能至关重要。SuCESsFul（支架偶联环境敏感荧光团）生物传感器将分析物识别与荧光信号转导整合于同一分子，可在高时空分辨率下检测目标蛋白，但其开发长期依赖大量经验筛选。作者系统表征了超过400种由不同蛋白分析物、结合支架和环境敏感荧光团组成的传感器，发现仅少数组合具有大于2倍的荧光动态范围。...
High affinity nucleotide-binding mutant of the ε subunit of thermophilic F1-ATPase.
ATP 合酶 ε 亚基对 ATP 的高特异性结合及其结合后显著构象变化，已被用于构建活细胞 ATP 荧光生物传感器。现有基于 ε 亚基的传感器亲和力多在毫摩尔至微摩尔范围，难以监测胞外或低浓度 ATP 信号。本研究对嗜热菌 F1-ATPase（TF1）ε 亚基进行定点突变，获得 R103A/R115A 突变体，并通过荧光滴定和动力学...
Rationally modified estrogen receptor protein as a bio-recognition element for the detection of EDC pollutants: strategies and opportunities.
雌激素受体（ER）能够结合环境中广泛存在的大量有机污染物，即内分泌干扰物（EDCs）。其宽泛的选择性使其成为检测 EDCs 的理想生物识别元件。本文阐述了以 ER 为基础设计生物传感器和检测方法的整体策略与原理，并讨论使用天然 ER 或理性修饰 ER 分子的机会。文章指出，ER 的配体结合域（LBD）足以识别 EDCs，可通过重组表...
Switchavidin: reversible biotin-avidin-biotin bridges with high affinity and specificity.
Switchavidin是一种鸡卵白蛋白工程突变体，具有对生物素的可逆结合、对偶联生物素结合亲和力提高以及因表面电荷降低而导致的低非特异性结合等特性。该蛋白在四聚体界面引入M96H，使温和酸性/SDS条件下四聚体解离，从而可完全从生物素化表面移除；R114L提高对偶联生物素的结合，K9E、R124H、K127E中和表面正电荷。这些特...
Bacterial lipid modification of proteins requires appropriate secretory signals even for expression - implications for biogenesis and protein engineering.
Sec 和 Tat 介导的细菌蛋白脂质修饰是重要的翻译后过程，在细胞功能、膜靶向以及 ELISA、生物传感器、无佐剂疫苗、脂质体药物递送等生物技术应用中具有关键作用。深入理解分泌系统与脂质修饰机器之间的紧密偶联及其相关过程，有助于阐明这一基本生物学事件并将其用于工程化应用。此外，仍需系统而可靠地研究工程化脂蛋白的膜靶向、溶解和纯化难...