转录因子型生物传感器（TFB）常用于代谢物检测、适应性进化与代谢通量调控。然而，面向合成生物学应用设计高性能 TFB 仍具挑战。天然 TFB 常因响应时间慢、动态范围、检测范围、灵敏度和选择性不匹配，难以满足实时检测需求；此外，复杂动态调控网络的设计与优化耗时费力。本综述重点介绍 TFB 在代谢物定量、高通量筛选、适应性进化和动态代...
定向进化是优化蛋白质和代谢反应的有效方法，但通常需要在突变、筛选和扩增之间反复迭代，劳动密集且受初始序列空间与筛选通量限制。本文建立了一种整合连续超突变与高通量筛选的定向进化工作流，用于代谢途径酶优化。该工作流利用正交复制系统OrthoRep在酿酒酵母中持续生成目标酶变体，并采用基于转录因子的生物传感器对最佳性能变体进行高通量分选。...
在酵母中合成天然产物已借助密集的代谢工程努力取得显著进展。特别是用于基因回路动态控制的转录因子（TF）生物传感器，可促进天然产物合成中的菌株评价、高通量筛选（HTS）和适应性实验室进化（ALE）。本综述总结了针对天然产物合成核心中间体的若干 TF 生物传感器的最新进展，这些中间体涉及三条重要途径，即脂肪酸合成途径、莽草酸途径以及甲基...
天然产物及其衍生物具有丰富化学与生物多样性，但传统工程化改造其生物合成通路以提高产量和获取非天然衍生物，需要精确理解酶促过程。基于变构转录因子（allosteric transcription factor, aTF）的高通量筛选平台可克服筛选瓶颈，用于在大量通路/菌株变异体中搜索。本文描述工程化变构转录因子生物传感器的开发与应用，...
代谢工程是合成高价值化合物的有前景策略，但代谢失衡和毒性中间体常限制细胞生长与产量。基于转录因子的生物传感器可动态调控基因表达，缓解代谢负担，并用于高通量筛选。本文工程化了枯草芽孢杆菌中对香豆酸响应调控子 PadR，构建并优化了 PadR-PpadC 生物传感器系统。研究发现，此前未充分表征的 yveF 和 yveG 两个组分对 P...
目前，基于转录因子（TF）的生物传感器难以通过预测性翻译调控获得期望输出。生物传感器系统的基因表达需具备适当的翻译强度，而核糖体结合位点（RBS）通过调节转录因子和报告基因的翻译水平，可微调其动态范围（诱导物存在与缺失时基因表达倍数变化）。然而，现有 TF 生物传感器普遍存在动态范围不可预测的问题。本文阐明了 RBS、翻译水平、蛋白...
转录因子（TF）生物传感器天然存在于代谢通路中，用于维持细胞生长并对环境波动提供鲁棒响应。扩展代谢生物传感器，即生物转化通路与响应下游效应代谢物的 TF 级联，可提供超越天然效应物的传感能力，用于实现情境感知合成基因回路和生物观测器。然而，此类多步回路的工程化面临稳定性与鲁棒性挑战。为简化代谢通路中 TF 生物传感器的设计，本文研究...
酚酸的生物技术生产因其优异抗氧化活性以及抗菌、膳食和健康益处而受到关注。作为植物和真菌中主要存在的次级代谢物，它们因结构中的酚羟基而成为有效自由基清除剂，因此被制药、食品、化妆品和化工行业广泛使用。目前酚酸需求主要依靠化学合成化合物满足，天然来源产量较低。作为化学合成的替代，发展环境友好的生物基技术对大规模生产至关重要。利用微生物细...
黄酮类化合物是一类源自苯丙烷类代谢的植物次生代谢物，广泛存在于水果、蔬菜和药用植物中，具有抗肥胖、抗癌、抗炎和抗糖尿病等生物活性。其低生物利用度限制了应用，而植物提取和化学合成在安全性、经济性和规模化方面存在瓶颈。本文综述了黄酮类化合物生物制造的最新进展，重点总结植物代谢工程、微生物宿主选择以及遗传编码生物传感器。植物代谢工程可通过...
合成生物学工具的发展使活细胞电路设计可用于代谢工程中的通路变体筛选。基于转录因子的生物传感器在筛选中表现良好，但传感器与被测分子之间的定量关系仍需理性理解。本文开发了一种基于转录调控子的松果菊素（pinocembrin）新型生物传感器。已知响应柚皮素（naringenin）的 FdeR 转录因子与红色荧光蛋白（RFP）报告系统组合，...
衣康酸是重要平台化学品，可替代石化丙烯酸或甲基丙烯酸。土曲霉、大肠杆菌和酿酒酵母等多种微生物已被用于生物合成衣康酸盐，但缺乏高通量筛选方法限制了高滴度菌株和条件的发现。本研究从假结核耶尔森氏菌和铜绿假单胞菌中鉴定出衣康酸诱导启动子及其相应LysR型转录调控因子。结果表明，YpItcR/Pccl诱导系统在模式γ-变形杆菌大肠杆菌和β-...
过去二十年，通过重构细胞代谢以可持续生产化学品、燃料和药物的微生物细胞工厂工程能力快速发展，微生物基因组编辑的速度与精度不断提高，使更复杂的细胞工厂设计得以实现和验证。然而，与细胞工厂构建方法相比，用于高通量测试新工程细胞工厂性能的方法明显滞后，制约了整体生物制造流程。为此，需要开发能够在多重条件下筛选和选择最优细胞工厂设计的新技术...
生物体在进化过程中形成了多种用于胞内外检测小分子、离子或物理参数的传感系统。近期研究表明，这些原理可被用于构建合成调控回路，以服务于代谢工程策略。在这一背景下，转录因子（TF）在微生物转录水平调控生理过程，因而在生物传感器设计中发挥核心作用：它们可被整合到合成回路中，根据小分子产物或代谢物的积累状态调控基因表达。本文综述了基于转录因...
生物传感器为改进细胞或酶作为小分子合成生物催化剂提供了重要途径。本文综述了转录因子型生物传感器在开发与应用方面的最新进展。此类传感器不直接检测酶或代谢途径产物，而是利用遗传编码报告基因产生可区分表型，从而以颜色、抗性或荧光替代繁琐的化学检测。文章介绍了三类传感器：构象型报告蛋白（如FRET开关）、RNA开关以及基于转录调节蛋白的系统...
环境化学物暴露会增加人类和野生动物疾病负担，但现有毒性评价方法通量低、成本高，难以评估缺乏毒性数据的现有化学物或在早期预测其效应。在美国环保署 ToxCast 项目背景下，作者评价了一种新型细胞生物传感器系统 Factorial，用于快速、高通量评估化合物对基因调控网络的影响。该系统将顺式调控转录因子报告构建体库与反式调控核受体报告...