香芹醇（perillyl alcohol）是一种具有抗癌潜力的天然单萜，但其生物合成量有限。细胞色素P450单加氧酶CYP153A6在大肠杆菌中催化柠檬烯羟基化生成香芹醇，是该途径的限速步骤，此前尚未通过定向进化改进。本文报道了一种基于假单胞菌Pseudomonas putida F1中CymR阻遏蛋白的遗传编码生物传感器，使其能够...
原核转录因子（TF）可作为小分子生物传感器，在生物技术应用广泛，但多数 TF 的配体仍未知。Ligify 利用基因组背景与酶反应数据库预测 TF 的对应效应分子。本文报道 Ligify 2.0，一个用于 Ligify 预测的现代交互式网页服务器。作者系统评估 Rhea 酶反应数据库中 10965 个小分子与 TF 的关联，最终生成 ...
单组分系统（OCS）将传感与效应功能整合于同一蛋白，可快速响应环境信号。本研究表征了来自 Fimbriimonas ginsengisoli 的新型潜在OCS蛋白FG214，其可能为氧化还原或O2调控的螺旋-转角-螺旋（HTH）-Per-ARNT-Sim（PAS）转录因子。FG214的PAS域在氧化条件下结合六配位血红素b，并发生配...
对苯二甲酸、邻苯二甲酸和间苯二甲酸（统称苯二甲酸类化合物）是塑料工业中重要的芳香族石化原料，分别用于合成聚合物和增塑剂。尽管其大规模工业生产不足80年，但塑料和增塑剂在环境中难以降解并持续累积，已造成严重污染和健康风险。近年来，这些外源化合物及其衍生物的生物降解受到广泛关注，因为可为环境污染物去除以及苯二甲酸类塑料废物的生物回收与高...
萜类化合物是重要的天然产物，但许多高价值萜类化合物的微生物合成受限于生物合成途径理性工程困难以及缺乏直接报告产物形成的高通量筛选系统。α-松油醇等单萜醇在异源宿主中的合成需要前体生成、环化和水捕获化学的协同。本文通过结构指导定向进化改造对香芹酚阻遏蛋白 CymR，开发了可检测 α-松油醇的转录因子型全细胞生物传感器菌株。基于推测配体...
全细胞生物传感器是代谢物监测的有力工具，但动态范围窄和泄漏表达高限制了其广泛应用。本文提出基于两轮设计–构建–测试–学习（DBTL）循环的系统化流程，在大肠杆菌中开发并优化一种基于转录因子的丙酮酸生物传感器。第一轮构建了可响应 0.05–10 mM 胞内丙酮酸水平的 PdhR 型生物传感器。第二轮采用实验设计（DoE）系统考察启动子...
海洋大型藻类，尤其是其复杂多糖，是尚未充分利用的可再生单糖及构建单元来源。利用海洋微生物酶促降解可有效获取这些组分，例如绿藻 Ulva 的贮藏多糖 ulvan 富含 L-鼠李糖和 D-葡萄糖醛酸。由于目前仍缺乏分析复杂多糖酶解的高通量方法，本文报道了一种基于转录因子的遗传编码生物传感器，利用大肠杆菌原生的 PrhaBAD 启动子特异...
异丁醇是能量密度高于乙醇的有前景生物燃料，但微生物合成产量提升仍受限于菌体合成效率。本研究在大肠杆菌中构建基于 AlkS-PalkB 转录因子系统的生物传感器，使绿色荧光与异丁醇浓度相关。通过定向进化改造 AlkS，使其能够检测异丁醇并显著提高生物传感器特异性。初始修饰将动态响应从不可检测提升至 2.60 倍变化；随后通过定点突变和...
重金属和芳香化合物在环境系统中的广泛存在已成为全球性重大关切。传统光谱和色谱分析方法虽精度高，但成本高、操作繁琐，限制了其在常规环境监测中的实际应用。基于转录因子的全细胞生物传感器是一种有前景的替代技术，可为环境污染物提供实时、高灵敏且低成本检测能力。本综述系统总结了近期基于转录因子的生物传感器在检测重金属和芳香化合物方面的进展，重...
自1961年Jacob和Monod描述lac操纵子以来，原核生物转录调控研究推动了基于转录因子的生物传感器发展。由于可检测小分子种类广泛且应用覆盖生物技术多个领域，过去数十年生物传感器研发呈指数增长。期间，基础认知、合成生物学、分析工具和计算学习等关键里程碑极大扩展了生物传感器库及其应用范围。生物传感器工程逐渐发展为多学科交叉领域，...
环二鸟苷酸单磷酸（c-di-GMP）是细菌中普遍存在的第二信使，调控细胞周期、生物膜形成、黏附与毒力等关键行为。准确监测胞内 c-di-GMP 水平，对于理解相关生理过程以及开发针对生物膜相关抗生素耐药的抑制剂具有重要意义。本研究开发了一种遗传编码荧光生物传感器 cdiGEBS，其以肺炎克雷伯菌来源的 c-di-GMP 响应转录因子...
多重抗生素抗性调控蛋白（MarR）在大肠杆菌中受水杨酸（SA）调控 mar 操纵子转录。SA 与 MarR 结合后诱导其构象变化，使其从 mar 操纵子启动子解离并开启转录。本研究将 mar 操纵子启动子（PmarO）与增强型绿色荧光蛋白基因（egfp）融合，构建了 SA 特异性大肠杆菌全细胞生物传感器。由于 SA 与阿司匹林（AS...
基于转录因子（TF）的生物传感器被广泛用于高通量筛选代谢物高产菌株，但现有传感器检测范围和动态范围较窄，限制了实际应用。本研究以感应赖氨酸的转录因子 LysG 为例，在大肠杆菌中构建赖氨酸全细胞生物传感器，并建立基于生长耦合的 LysG 随机突变库筛选方法。该传感器以谷氨酸棒杆菌来源的 LysG 为识别元件，以 PlysE 启动子驱...
原核转录因子可被改造为配体诱导的基因表达生物传感器，但已有配体范围极为有限。为扩展该范围，作者开发了 Ligify，一个利用酶反应数据库信息预测可响应用户定义化学物质的转录因子的网页应用。候选转录因子被整合到自动生成的质粒序列中，该质粒被设计为在目标化学物质存在时表达 GFP。基准分析表明，Ligify 正确预测了 100 个已验证...
谷氨酸棒杆菌ATCC 13032是生产芳香族氨基酸等工业化合物的重要微生物底盘。本研究开发了两种基于转录因子的全细胞荧光生物传感器，用于在谷氨酸棒杆菌中追踪cis,cis-顺丁烯二酸（ccMA）和分支酸（chorismate）。作者将来自A. baylyi ADP1的ccMA诱导型转录因子CatM转入谷氨酸棒杆菌，并通过启动子文库筛...
工业发展导致致癌、致突变和有毒化学品等有毒材料广泛产生。尽管各国实施严格管理与控制，这些材料仍威胁环境和人类健康，因此需要便捷、快速的化学传感器用于有毒化学品监测，包括光学、电化学、纳米材料基和生物系统基传感器。近年来，材料科学、微纳加工和信号转导技术的进步显著提升了目标识别元件与信号转导元件的性能，推动了多种新型有毒材料检测方法的...
本研究提出一种用于黑色素瘤诊断的高特异性太赫兹生物传感器，可在无标记条件下从复杂细胞蛋白样品中选择性、灵敏地检测早期生长反应蛋白2（EGR2）。EGR2是一种锌指转录因子，在黑色素瘤细胞中因NAB2/EGR系统失调而活性升高，可作为肿瘤生物标志物。该传感器属于频率选择表面（FSS）型超材料，由二维非对称双分裂环谐振器（DSRR）单元...
乳酸是食品、饮料、医药、化妆品和化工行业重要的有机酸，微生物发酵产生的光学纯 L- 和 D-乳酸在可降解聚乳酸合成中具有重要作用。农业食品工业副产物和残渣作为替代底物可为乳酸生产提供低成本方案，并有利于循环经济。本研究开发了基于转录因子（TF）的全细胞生物传感器策略，用于 L- 和 D-乳酸测定，并与常用高效液相色谱（HPLC）和酶...
基于转录因子的生物传感器常用于代谢工程中基因表达的可诱导调控，以及高通量筛选和动态通路调控等相关应用。挖掘新型转录因子对于扩展这些工具集的可用性至关重要。本文报道了从解淀粉芽孢杆菌（Bacillus amyloliquefaciens）中鉴定、表征和工程化一种酚酸响应调控蛋白 PadR（BaPadR）。该 BaPadR 生物传感器系...
遗传编码生物传感器系统可在活细胞中运行，是检测与定量多种小分子的通用、廉价且可转移工具。本综述介绍了当前最先进的生物传感器设计与组装，包括转录因子、核糖开关和酶偶联装置、高度工程化荧光探针以及新兴双组分系统。文章重点强调通过生物信息学辅助策略解决导致生物传感器在体内无法达到性能标准的情境问题。优化后的生物传感回路可用于高灵敏度监测分...