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...
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，...
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...
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...
植物天然产物（PNPs）具有多种药理活性，在全球市场具有巨大潜力。与传统植物提取和化学合成相比，微生物细胞工厂（MCFs）为高价值 PNPs 的合成提供了经济、可持续的替代途径。然而，异源合成通路通常缺乏天然调控系统，会给宿主细胞带来额外代谢负担。为克服这一挑战，生物传感器被开发并工程化，作为构建人工调控网络、根据环境信号控制酶表达...
基于变构转录因子（aTF）的生物传感器可用于为多种应用构建遗传电路。文献和在线数据库中包含数百个经实验验证的分子-转录因子配对，但相关知识分散且常不完整。此外，与生物体内可产生的化合物数量相比，已知存在TF-化合物相互作用的化合物比例很低。因此，需要新工具帮助研究者发现新的潜在TF-配体配对。本文提出Sensbio，一种计算工具，通...
过去数十年，基于细胞内生物传感器的动态调控策略在提高有用化合物产量方面取得显著进展。该方法可在维持最佳生长状态的同时实现高生产率。然而，工业发酵体系中同时存在高/低性能非遗传变异体以及不同生长阶段的年轻和衰老细胞，这种显著个体差异会阻碍在单细胞水平精确控制代谢通量，从而难以在宏观群体水平获得高生产率。细胞内生物传感器作为代谢网络的调...
微生物可将廉价可再生底物转化为高价值代谢物，但代谢通路优化仍受复杂生物学限制。遗传编码生物传感器可检测代谢物浓度或环境变化，并将输入转化为可测量或可执行输出，为复杂通路优化提供调控与监测工具。本文综述转录因子（TF）和核酸类生物传感器在代谢工程动态调控与高产菌株筛选中的最新进展。TF 传感器在配体结合后发生构象变化，调控启动子结合，...
单加氧酶是一类促进细菌降解烷烃和烯烃的酶。与单加氧酶相关的调控元件是自然界固有的烃类传感器，在功能表征后，可用于构建快速、低成本且灵敏的生物传感器，应用于生物修复和代谢工程等领域。目前已鉴定出许多细菌单加氧酶，但其中只有少数系统的调控机制得到深入研究。在已发表基因组序列和尚未培养细菌中，仍存在大量未被探索和利用的调控酶与启动子元件的...
天然产物在微生物细胞工厂中的低产率和低滴度是生物合成中的常见瓶颈。设计遗传生物传感器以监测和调控目标天然产物的合成，是解决该问题的重要策略。本综述系统评价了微生物天然产物生物合成中遗传生物传感器设计的最新进展，重点讨论了遗传部件选择策略与构建原则，包括转录因子（TF）和核糖开关作为传感装置、报告基因或通路基因作为转导装置，以及启动子...
本文综述了转录因子（TF）在微生物代谢工程与有机酸生物生产中的识别、工程化及应用。TF 可识别特定 DNA 序列并响应胞内外小分子、信号和刺激，是构建遗传编码生物传感器的关键元件，用于监测有机酸生产中原本“不可见”的胞内代谢物浓度。TF 型生物传感器可将代谢物浓度转化为荧光等可检测信号，并与流式细胞分选（FACS）等高通量筛选技术结...
微生物细胞工厂可持续生产化学品、燃料和药物，但高通量检测产物合成仍费时费力，因为产物合成常无明确表型，传统分析难以快速评价菌株。遗传编码生物传感器可感知代谢物并将检测与执行器偶联，实现单细胞水平快速检测小分子，是高通量分析的有前景工具。本文综述酿酒酵母中生物传感器设计与工程化进展及其在代谢工程中的应用，介绍转录因子型、RNA型和酶耦...
启动子工程是代谢工程与合成生物学中的关键技术，也是调控遗传电路和多基因生物合成通路的核心元件。本文综述了微生物启动子工程的最新进展。首先讨论了内源启动子在微生物中过表达关键酶、提高目标代谢物产量中的应用；随后介绍了通过定点突变研究核苷酸交换对启动子强度影响的方法，包括易错PCR和饱和突变等策略。文章进一步阐述了围绕核心启动子区和上游...
木质素是植物细胞壁中结构复杂的芳香聚合物，早期在木质纤维素生物燃料生产中常被视为抑制发酵菌的副产物而需去除；但作为芳香化合物来源，其生物产品潜力巨大，复杂结构限制了利用。本文综述细菌在木质素降解与高值化中的作用，包括可降解木质素的土壤细菌及其酶（DyP 型过氧化物酶、漆酶/多铜氧化酶等），能同时溶解释放木质素与碳水化合物的厌氧纤维素...
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...
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...
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...
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...