在大肠杆菌中，D-木酮酸盐分解代谢途径基因位于两个不同操纵子 yagEFG 和 yjhIHG，分别位于两个隐蔽噬菌体基因组中，并受两个转录因子调控：XynR 作为 yagEFG 的阻遏蛋白，YjhI 作为 yjhIHG 的激活蛋白。尽管已知 D-木酮酸盐可诱导这两个操纵子，但真正诱导物尚未明确。作者基于 xynR 和 yjhI 构建...
遗传编码生物传感器能在活细胞中实时监测并精确调控，是前沿传感工具。然而，面向新分析物的真核遗传编码生物传感器开发受限于信号-受体对不足。将细菌生物传感器转入真核细胞以扩展检测空间已取得显著成功，但由于真核与原核基因表达系统差异显著，优化细菌来源传感器具有挑战性。成功案例表明，直接从真核系统开发正交信号-受体对可能是可行方案。丝状真菌...
随着对快速鉴定能降解环境相关有机化合物细菌的需求增加，需要可扩展且选择性高的分析工具。Cupriavidus necator 能代谢多种羟基苯甲酸，包括 2-羟基苯甲酸（水杨酸，2-HBA）、4-羟基苯甲酸（4-HBA）和 3-羟基苯甲酸（3-HBA），并通过单加氧反应生成 2,5-二羟基苯甲酸（2,5-dHBA）和 3,4-二羟基...
细胞转运系统决定胞内分子浓度，可用于调节基于转录因子（TF）的生物传感器响应性。外排泵促进小分子外排，其活性会影响生物传感器检测准确性。本研究工程化细胞外排机制，以提高 DmpR 生物传感器响应性并降低串扰；该传感器利用酚响应型 TF DmpR 检测胞内酚类配体，但受细胞间配体扩散影响。通过敲除外排泵基因减少配体扩散并提高信号保真度...
TtgR是假单胞菌中调控多药耐药性的转录抑制因子，可响应多种配体并控制ttgABC外排泵基因表达。本研究利用TtgR及其天然启动子PttgABC作为遗传元件，在大肠杆菌中构建转录因子型生物传感器，并将PttgABC与egfp偶联，使传感器响应多种黄酮类化合物。为增强选择性和特异性，作者对TtgR配体结合口袋进行结构导向的遗传工程改造...
生物元件（bio-elements）的理性设计、活性预测与自适应应用是合成生物学的重要研究方向。当前该领域的主要挑战在于如何高效设计所需生物元件，并利用海量数据准确预测其活性。人工智能（AI）技术的发展使机器学习和深度学习算法能够在生物元件数据中挖掘规律并预测其性能。本综述探讨了 AI 算法在生物元件理性设计、活性预测以及利用 AI...
转录因子（TF）生物传感器是代谢工程中的有力工具，但适用于多种生物生产目标的 TF 生物传感器仍然有限。本研究对来自鼠伤寒沙门氏菌的 1,2-丙二醇（1,2-PD）响应转录激活因子 PocR 进行异源表征与工程化，以扩充现有生物传感器工具箱。在大肠杆菌中，PocR 的操作范围和动态范围显著受限，主要归因于缺乏 1,2-PD 诱导剂时...
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...
葡萄糖酸（GA）是一种高附加值化学品，可用于食品添加剂、抗癌药物和聚合物等。GA 生物合成过程中存在天然的非遗传细胞间差异，培养体系中同时存在高产和低产细胞，低产细胞会浪费营养并降低生产效率；此外，myo-肌醇加氧酶（MIOX）是 GA 合成的关键限速酶，但稳定性和活性较低。为此，本研究基于 GA 生物传感器和四环素外排泵蛋白 Te...
融合脱氨酶的T7 RNA聚合酶（T7RNAP）为体内靶标特异性酶进化提供了同时完成DNA修饰与筛选的工具。本研究通过调节T7RNAP与T7启动子之间的结合效率，建立了名为dT7-Muta的新平台，用于基因诱变。概念验证中，利用dT7-Muta改变sfGFP的荧光分布，并通过流式细胞术筛选突变体。作为功能验证，作者对来自土曲霉（Asp...
尽管理性遗传工程已成为微生物菌种改良的主流策略，但在许多情况下，基于定向进化构建突变库仍是更优选择。因此，对高性能突变体进行精准、高效筛选的需求推动了基于生物传感器的高通量筛选策略发展。遗传编码生物传感器可将期望表型与荧光、生长速率等可检测信号耦联，为高通量筛选提供强大工具。本文综述了多类生物传感器工程化进展及其在定向进化中的应用，...
转录因子（TF）基生物传感器被广泛用于检测代谢物，并用于响应代谢物变化而调控细胞通路。然而，将已有 TF 基传感器直接应用于新的宿主菌株或新的代谢通路时，常面临正交性不足、背景泄漏、动态范围不匹配、响应阈值不合适等挑战，通常需要系统调谐才能获得最佳性能。这些调谐策略可根据目标参数涉及转录控制或翻译控制。本综述重点总结近期用于工程化 ...
响应小分子的转录因子是合成生物学设计中的关键元件，常作为遗传编码生物传感器，用于环境污染物和生物标志物检测以及微生物菌株工程。尽管已有多种策略扩展可检测化合物范围，但转录因子及其诱导分子的鉴定与表征仍费时费力。本文提出 TFBMiner，一种用户友好的命令行数据挖掘与分析流程，可自动、快速鉴定潜在的代谢物响应型转录因子生物传感器（T...
合成生物学与基因工程的发展使基于生物元件的传感与调控需求日益增加。转录因子（TF）生物传感器可通过检测多种化学化合物并触发相应输出，是合成生物学中的有前景工具。然而，其广泛应用仍受限于代谢物激活型转录因子（aTF）知识库较小、新 aTF 鉴定方法不足以及新型生物传感器回路设计流程有待完善等问题。本文综述了当前关于 TF 生物传感器的...
转录因子（TF）生物传感器已应用于蛋白质工程、动态控制、环境检测和即时诊断等生物技术领域。由于可检测配体范围广且模块化程度高，这类传感器是有前景的分析工具；但针对特定应用设计具有所需配体特异性、灵敏度、动态范围和操作范围的传感器仍具挑战，且不同宿主间正交性受细胞背景影响而受限。本文综述了用于即插即用式小分子检测的 TF 生物传感器在...
基于天然转录因子的生物传感器（TFB）具有原位检测高附加值化学品或副产物的潜力，但其工业应用受限于配体混杂性、低灵敏度和窄检测范围。醇类结构相似，目前尚无报道的 TFB 能区分特定醇及其类似物。本研究对醇调控转录因子 BmoR 进行工程化改造，获得多种具有优异性能的突变体。例如，所获得的信号分子特异性 BmoR 可区分正丁醇和异丁醇...
基于转录因子（TF）的生物传感器是高通量酶与菌株工程中的理想工具，但被检测小分子可能从高产量细胞泄漏至低产量细胞并激活其传感器，造成串扰，使假阳性/“作弊”细胞在富集群体中过度代表。虽然可通过改造宿主（如删除转运体）减少串扰，但对被动扩散分子并不普适。作者以反式肉桂酸（tCA）生物传感器为例，发现其在苯丙氨酸氨裂解酶（PAL）定向进...
微生物可利用可再生原料、在较低能耗条件下生产高价值化学品，但合成途径给宿主带来代谢负担，常需化学诱导剂在细胞达到足够密度后启动基因表达。化学诱导启动子虽常用，却引入外源化合物并增加成本。作者开发了一种用于 D-甘油酸合成途径的表达控制系统，以半乳糖醛酸同时作为诱导剂和底物，从而无需外源化学诱导剂。该系统由半乳糖醛酸响应型转录因子生物...
二胺是重要的平台化学品，尤其可作为聚合物合成单体。高通量二胺生物合成传感器可显著提升生物制造效率。本文在谷氨酸棒杆菌中鉴定并表征了一种由转录因子驱动、用于检测腐胺和尸胺的全细胞生物传感器。TetR家族调控蛋白CgmR（CGL2612）可特异性识别二胺化合物。作者通过系统优化pSenPut的遗传元件，提高了传感器动态范围和对腐胺的敏感...
转录因子生物传感器（TFBs）已广泛用于动态代谢通路控制和高通量筛选。本文系统研究了大肠杆菌水杨酸响应调节因子 MarR 的可调性，以挖掘其工程应用潜力。首先考察了内源 MarR 对 MarR-PmarO 生物传感器系统动态性能的影响。为阐明 PmarO 启动子中 marO 结合盒的功能，作者将 marO 结合盒插入强组成型 pL ...