合成生物学中，筛选大型遗传编码文库以获得目标化学物生产表型是重要瓶颈。转录因子生物传感器可用于高通量筛选工程微生物中的最优遗传设计。本研究表征了假单胞菌 Pseudomonas putida 中两个戊二酸感应转录因子 CsiR 和 GcdR。作者分析了 csiR 同源基因的基因组背景，并生物信息预测其 DNA 结合位点；纯化后的 C...
本文报道了一种基于多巴胺功能化纤维素纸的免仪器、可视化生物传感器，用于转录因子（TF）的快速检测。该传感器以纤维素纸为基底，通过滴涂多巴胺（DA）构建信号响应层，并借助外切核酸酶III（Exo III）辅助循环放大策略实现信号增强。检测时，目标转录因子NF-κB p50与P1-P2双链DNA中的特异性序列结合，保护P2的3′端免受E...
在重组宿主中组装和优化植物天然产物合成途径时，鉴定可获得最佳生产滴度的基因直系同源物是常见挑战。本文报道了在酿酒酵母中模块化组装柚皮素合成途径，并利用优化的柚皮素诱导型原核转录激活因子作为生物传感器进行高通量筛选。作者通过 Golden Gate 组合克隆将柚皮素合成基因与不同强度启动子组合，构建了覆盖约972种组合的酿酒酵母菌株库...
转录因子（TFs）的监测对于理解基因转录调控至关重要。本文通过编程核酸序列和级联循环放大策略，开发了一种高灵敏、无标记的电化学生物传感器，用于检测肿瘤细胞提取物中的转录因子。目标核因子κB p50（NF-κB p50）与双链 DNA 探针结合后，可保护探针不被外切酶 III（Exo III）消化，从而启动三个级联循环反应，在传感电极...
代谢物生物传感器是高通量筛选和代谢通路动态调控的重要工具，其动态范围决定输出信号与背景噪声的区分能力。本研究以枯草芽孢杆菌 fapO/FapR 系统为例，在酿酒酵母中扩大基于转录因子生物传感器的最大动态范围。作者改造了五个天然启动子，包括组成型启动子和葡萄糖调控型启动子，并系统评估核心启动子中不同 fapO 结合位点位置对表达水平的...
无细胞系统是代谢工程和合成生物学中快速、高通量原型化生物部件的有前景平台。其主要限制之一是转录阻遏蛋白的抑制倍数较低，因此主要依赖阻遏蛋白的原核生物传感器开发受到限制。本研究展示如何在无细胞系统中优化此类生物传感器，包括采用含转录因子（TF）质粒的细胞制备 TF 掺杂裂解液、在加入报告 DNA 前对 TF 质粒进行预孵育，以及通过补...
聚酮骨架由基于丙二酰辅酶A（malonyl-CoA, mCoA）及其C2位取代衍生物的延伸单元组装而成。基于转录因子的mCoA生物传感器已成为检测mCoA、动态调控其合成并指导高通量代谢工程的重要工具，但针对mCoA衍生物的传感器尚未报道，严重限制了聚酮延伸单元合成途径的工程化。本文对FapR生物传感器进行重新设计与优化，使其无需外...
微生物对一碳（C1）气体的同化是合成高价值化学品的潜在途径，但 C1 代谢关键酶缺乏高效分析工具，限制了高通量进化研究。为此，作者构建了单细胞水平的遗传生物传感器系统，将转录因子（TF）与若干 C1 转化酶组合，使目标化合物经酶促反应转化为 TF 配体，从而扩展遗传传感系统的检测范围。研究建立了三种遗传酶筛选系统（GESSs）：FA...
转录生物传感器可用于代谢途径的筛选、选择或动态调控，因此是加速代谢工程与可持续化学原型构建的关键使能技术。近期进展使异源转录因子得以常规使用，嵌合蛋白设计等新策略使工程师能够利用代谢物结合蛋白资源。然而，扩展生物传感器检测范围只是第一步，计算模型有助于微调传感器性能以实现定制化行为。此外，代谢工程将从无细胞表达系统进展中受益，既可用...
生物传感器是合成生物学和代谢工程应用中的重要组成部分。本文报道了基于失稳二聚体配体结合域的第二代酿酒酵母地高辛和孕酮生物传感器，其通过配体诱导稳定发挥作用。该生物传感器由一个配体结合域单体融合 DNA 结合域、另一个融合转录激活域组成，在配体结合和受体二聚化后激活报告基因表达。在二聚界面引入失稳突变使生物传感器动态范围提高一个数量级...
启动子是DNA序列中响应转录因子并启动特定基因表达的小区域。启动子工程生物传感器可通过转录因子识别多胺、糖、内酰胺、氨基酸、有机酸或氧化还原分子，从而激活或抑制基因表达；但相关应用报道较少。本综述介绍了利用人和细菌遗传启动子阵列构建启动子-基因工程生物传感器的策略，并讨论其在高通量筛选（HTS）分子药物、膜蛋白定位与核质穿梭机制研究...
生物传感器正在推动分析检测领域的重要进展，并与合成生物学的发展相互促进。生物传感器能够快速、特异性地检测多种分子，在工业、医学、生态和科学研究中具有广泛应用。生物传感器设计方法与其应用一样多样，主要类别包括核酸、蛋白质和转录因子。每一类传感器都依据目标应用和最佳性能参数具有不同优势与局限。具体而言，传感器设计必须考虑配体特异性、灵敏...
稳健的荧光型生物传感器已成为合成生物学中高通量菌株改良的关键工具。许多传感器在大肠杆菌等模式生物中开发，但工业微生物常具有目标工艺所需的优势表型，传感器跨宿主转移时可能出现灵敏度与动态范围下降。本文展示了一种通用策略，通过调节启动子中蛋白-DNA界面和蛋白二聚体界面，将基于邻苯二甲酸（PCA）的转录因子生物传感器从大肠杆菌优化到芳香...
微生物在工业化学品和药物生产中具有巨大潜力，但从大型基因库中快速鉴定高产菌株仍是细胞工厂开发的主要瓶颈。本研究在酿酒酵母中构建并应用了一种正交、pH 可调的合成选择系统：将原核 LysR 型转录调控因子 BenM 与抗生素抗性基因 kanMX 偶联，使胞内/胞外粘康酸（cis,cis-muconic acid, CCM）浓度决定细胞...
自然进化的代谢物响应生物传感器可用于代谢工程，从筛选大型基因库到动态调控生物合成途径。然而，许多代谢物没有天然生物传感器。为满足这一需求，作者开发了一种将代谢物结合蛋白转化为代谢物响应转录因子的通用方法——随机结构域插入生物传感器工程（BERDI）。该方法利用体外转座子插入反应，将 DNA 结合域插入代谢物结合蛋白的所有可能位点，随...
体内生物传感器能够识别并响应特定细胞刺激。近年来，生物传感器越来越多地用于代谢工程和合成生物学，因为它们可被整合到合成回路中，根据特定细胞刺激（如某种代谢物或pH变化）调控报告基因表达。天然传感装置种类繁多，通常可分为蛋白质型和核酸型两大类。二者既可直接从天然遗传元件中挖掘获得，也可通过工程化改造现有遗传元件以获得新的特异性或更优性...
在细胞工厂开发中，筛选步骤常依赖低通量分析方法，落后于多样性构建方法，使最优细胞工厂设计的鉴定与选择耗时且昂贵，制约制造过程。在酿酒酵母中，将原核生物别构调控转录因子作为代谢物生物传感器，是缓解该筛选瓶颈的有效策略。本文提供在酿酒酵母中筛选并整合原核转录激活因子作为代谢物生物传感器的方案。以 LysR 型转录调控因子（LTTR）家族...
合成生物学与代谢工程使微生物细胞工厂能够生产燃料、化学品和药物，但代谢物浓度相关表型的测量与精确控制仍是瓶颈。遗传编码小分子生物传感器可将代谢物浓度与可测量或可执行输出相耦合，是解决该瓶颈的重要工具。本文综述了代谢工程中小分子生物传感器的设计、优化与应用，重点讨论转录因子（TF）型传感器的优化策略。围绕中心法则，遗传编码小分子传感器...
工程细胞疗法是一种有前景的新兴生物医学技术。广泛采用该策略需要新方法实现复杂功能程序，例如以定义方式感知并响应环境。为此，我们研究了自包含受体与信号转导系统（MESA）能否被多路复用，以评估胞外线索，并阐明此类工程组件整合的原则。我们首先开发了一组可由两个转录因子激活的 AND 门混合启动子，随后将其与两个 MESA 受体及不同配体...
代谢物生物传感器是精准工程化代谢的核心工具，但其可调性仍缺乏系统理解。本文研究遗传修饰如何塑造基于代谢物响应转录因子的生物传感器的剂量响应曲线。作者以大肠杆菌 lac 系统为模型，构建了一系列具有不同 LacI 结合 operator 位点的 lacUV5 启动子库，并测量其对 IPTG 的稳态 RFP 荧光响应。结果表明，oper...