蛋白质、核酸与纳米材料的工程化设计显著推动了面向罕见病监测的生物传感器发展。此类传感技术能够弥补许多罕见病诊断手段不足的现状，通过工程化蛋白、适配体及其他功能核酸元件实现对疾病相关生物标志物的高特异性识别；纳米颗粒、纳米传感器和纳米复合材料则可提升灵敏度并支持对生化变化的实时监测。将上述元件集成于可穿戴或便携平台后，可实现对患者状态...
基于转录因子（TF）的小分子生物传感器可将配体识别与荧光等读出相偶联，是合成生物学中有用的工具，但可用于目标分子的已表征 TF 有限。本研究提出一种基于分子对接的计算工作流，用于定向改变 TF 的配体特异性。作者以 LysR 家族 TF BenM 为对象，通过计算筛选获得单个氨基酸替代位点，将其天然配体 cis,cis-粘康酸（CC...
本文提出一种用于分离功能获得突变的目标突变与高通量筛选方法。通过重叠延伸聚合酶链式反应（PCR）和含简并碱基的引物，可在启动子或基因的目标区域引入完全随机或受控突变，仅需两轮 PCR 即可构建含 10^4 至 10^7 个变体的组合库。将突变库转入携带合适荧光报告子的全细胞后，可利用荧光激活细胞分选（FACS）快速筛选。经过若干轮正...
热稳定的 L-谷氨酸氧化酶（LGOX）可用于 L-谷氨酸（L-Glu）检测试剂盒、α-酮戊二酸酶法合成及生物传感器开发，但提高热稳定性的蛋白工程常伴随酶活下降。本研究采用基于序列的全共识（Fc）蛋白设计，在不降低活性的前提下提高中温菌 Streptomyces sp. NT1 来源 LGOX（LGOXNT1）的熔解温度（Tm）。在 ...
全氟和多氟烷基物质（PFAS）是一类具有表面活性与疏水疏油性的合成含氟化合物，因碳-氟键稳定而生物半衰期长，已在人体和环境水体中广泛累积。由于人类主要通过摄入接触 PFAS，亟需快速检测饮用水和农业用水中的 PFAS。本文提出一种基于人肝脏脂肪酸结合蛋白（hLFABP）的荧光生物传感器设计策略，用于快速检测 PFAS。通过在配体结合...
溶质结合蛋白（SBP）在配体结合亲和力、热稳定性与构象变化之间形成平衡，可用于小分子运输、传感与趋化。尽管SBP的配体诱导构象变化使其适合作为生物传感器元件，但对其进行蛋白质工程改造难度较大。本研究通过理性设计与计算设计，将一种D-丙氨酸特异性SBP改造为对信号分子D-丝氨酸具有选择性的荧光传感器D-serFS。该传感器通过结合位点...
生物加工是一种基于生物催化的技术，已在工业制造中广泛应用，但低生物转化率、低生产力和高成本仍是主要限制。本文综述了近年来开发新型生物催化剂以应对上述挑战的策略。首先讨论蛋白质工程策略，包括定向进化、随机突变、定点突变、从头设计、融合伴侣、分泌表达和启动子工程等，用于提高酶的活性、稳定性、溶解度和表达水平。随后总结代谢工程策略，如基因...
木质素是植物生物质中可再生芳香碳的重要来源，但因其含有非水解醚键、疏水性强且结构复杂，难以降解。本文综述了细菌木质素降解酶的发现、分子作用机制及其将木质素或木质纤维素转化为芳香化学品的应用。重点介绍了染料脱色过氧化物酶（Dyp）、多铜氧化酶/漆酶、锰超氧化物歧化酶和谷胱甘肽依赖β-醚酶等细菌酶类，及其对β-O-4芳基醚键的氧化或还原...
本研究采用结构导向设计策略，构建了一种对农药具有更高敏感性的新型合成谷胱甘肽转移酶（PvGmGSTU）变体。分子建模表明，Phe117 是形成疏水结合位点（H-site）并调节酶对外源化合物亲和力的关键残基。对 Phe117 位点进行饱和突变，建立了具有不同动力学和结合特性的 PvGmGSTU 变体库。以 25 种农药筛选显示，Ph...
自20世纪50年代以来，肉球菌（Staphylococcus carnosus）被用作香肠发酵的发酵剂，有助于食品安全、风味形成和可控发酵。长期应用表明其为无害的食品级菌种，TM300基因组缺乏致病相关基因，进一步证实其非致病性。自建立TM300克隆系统以来，大量基因被克隆、表达和表征，尤其可在该非致病菌株中功能验证毒力基因。作者开...
来自 Cellulosimicrobium cellulans DK-1 的内切-1,3-β-葡聚糖酶在催化结构域 C 端具有碳水化合物结合模块（CBM-DK）。CBM-DK 含有不完整的串联 α、β 和 γ 重复单元，其中 α 重复单元主要贡献 β-葡聚糖结合，这一特性源于 α 重复单元中的 Trp273，而 β 和 γ 重复单元...
本文报道一种多用途技术平台μSCALE（微毛细管单细胞分析与激光提取），可对酵母或细菌表达的数百万蛋白变体进行大规模并行、定量生化与生物物理测量。该平台将单细胞空间分隔于微毛细管阵列中，支持重复成像、细胞生长和蛋白表达。作者利用多种荧光检测，包括结合亲和力测量和动态酶学检测，对细胞及其蛋白产物进行高通量分析。精确的激光提取方法可从微...
甘氨酸参与多种生理功能，例如在中枢神经系统中作为神经递质；肌氨酸则被鉴定为在前列腺癌进展和转移过程中显著升高的差异代谢物。为建立检测这些小分子非手性氨基酸的专用分析系统，作者对枯草芽孢杆菌甘氨酸氧化酶（GO）进行蛋白质工程改造。基于分子对接分析，在 11 个活性位点位置独立进行位点饱和突变，共分析 16 个单点突变 GO 变体。A5...
糖尿病影响全球超过1亿人，亟需更有效的血糖监测方法以改善疾病管理。本文是一篇迷你综述，总结利用周质空间配体结合蛋白（PLBP）超家族成员构建葡萄糖纳米传感器的最新进展。作者重点介绍通过蛋白质工程改造大肠杆菌葡萄糖/半乳糖结合蛋白（GBP），使其结合常数进入生理血糖范围，并提高对葡萄糖相对于其他糖类的选择性；同时介绍采用新型报告基团，...
优化酶与电极之间的电子通信是发展生物传感器、酶生物燃料电池及其他生物电催化应用的关键。本文报道了一种对葡萄糖氧化酶（GOx）进行简单遗传改造的策略，使其在活性位点附近显示一个游离巯基。该游离半胱氨酸可与马来酰亚胺修饰的金纳米颗粒（AuNP）发生特异性硫醚化反应，从而在酶表面位点特异性地连接 AuNP。这种“预接线”的酶-AuNP 共...
细胞色素P450（CYP）是一类广泛存在的血红素单加氧酶超家族，可催化C-H羟基化、N-去烷基化、O-去烷基化、S-氧化和环氧化等氧化反应，在药物代谢、毒理学、生物催化和环境修复中具有重要价值。本文综述了CYP生物催化剂在生物技术、医学和环境修复中的应用进展，包括药物及药物代谢物合成、基因导向酶前药疗法（GDEPT）激活环磷酰胺和异...