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 ...
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...
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...
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...
近期生物传感器研究有望实现大基因文库高通量筛选，但生理限制和机制知识不足会阻碍微生物系统高滴度，也影响生物传感器应用。本文表征了先前开发的基于转录因子 ExuR 的半乳糖醛酸生物传感器对其另一配体葡萄糖醛酸的响应。在受控理想条件下，该传感器对葡萄糖醛酸表现出理想响应；但在将其应用于不同 myo-肌醇加氧酶（MIOX）同源物时，响应出...
戊内酰胺是制造高价值尼龙-5和尼龙-6,5的单体。然而，戊内酰胺的生物合成受限于将5-氨基戊酸环化为戊内酰胺的酶效率不足。本研究构建了携带戊内酰胺合成途径的谷氨酸棒杆菌：来自铜绿假单胞菌的DavAB将L-赖氨酸转化为5-氨基戊酸，来自丙酸梭菌的β-丙氨酸CoA转移酶Act将5-氨基戊酸转化为戊内酰胺。大部分L-赖氨酸转化为5-氨基戊...
谷氨酸棒杆菌是重要的工业微生物细胞工厂，广泛用于生产多种高附加值化学品。腐胺（putrescine）可缩合成工业塑料尼龙-46，是重要的平台化合物。为加速腐胺高产菌株的设计—构建—测试循环，本研究在大肠杆菌来源转录因子 PuuR 基础上，于谷氨酸棒杆菌中构建了腐胺特异性生物传感器 pSenPuuR。该传感器由 PuuR、响应启动子和...
没食子酸是常见植物次生代谢物，具有强自由基清除、细胞毒性、抗炎和抗菌活性。传统上通过单宁酸酸水解生产，成本高且环境危害大。为开发更可持续的微生物生物合成策略，本研究表征了 Pseudomonas putida KT2440 中基于转录因子的诱导系统 PpGalR/PPP_RS13150，该系统可剂量依赖地响应胞外没食子酸。研究发现，...
工程益生菌细菌被提出作为非侵入性检测胃肠道生物标志物并研究肠-脑轴的下一代策略，但构建所需全细胞生物传感器仍是主要挑战。在临床相关菌株中创建转录因子型传感器通常需要大量调优遗传部件和基因表达，才能获得足够的动态范围与灵敏度。本文提出一种基于设计原型构建体的快速方法，用于系统检测转录因子型代谢物传感器的基因表达设计空间，并识别最优遗传...
基于代谢物响应转录因子的代谢物生物传感器是合成生物学中用于感知和精确调控细胞代谢的关键元件。此类传感器通常在实验室条件下设计，但实际部署时细胞生长速率可能与初始表征差异很大。本文研究生长速率如何影响生物传感器的最低输出、最高输出和动态范围等关键性能指标。作者以大肠杆菌中 LacI、TetR 和 FadR 基生物传感器为模型，发现不同...
转录因子在调控细胞功能中起关键作用。理解和改变基于转录因子的生物传感器的动态行为将扩展我们对生物分子相互作用的认识并促进生物合成应用。本研究在大肠杆菌中表征并工程化了一个基于 TrpR 的色氨酸阻遏系统。发现重建的 TrpR1-PtrpO1 生物传感器在色氨酸或其类似物 5-羟色氨酸（5-HTP）存在时表现出低基础表达和窄动态范围。...
吲哚是植物和某些细菌中天然存在的生物活性化合物，也是医药、化工和农业领域的重要特种化学品，并已被鉴定为哺乳动物肠道细菌的重要信号分子。尽管多种细菌中吲哚生物合成的调控机制已得到研究，但缺乏适用于吲哚产生菌鉴定与监测的体内工具。遗传编码生物传感器可用于代谢物的实时定量分析。本文首次鉴定并表征了来自 Pseudomonas putida...