乳酸是食品、农业、化妆品、医药和化工领域重要的平台化合物，也是生产可降解聚乳酸（PLA）的关键单体。本文综述了利用微生物发酵生产光学纯L-乳酸和D-乳酸的研究进展，重点讨论乳酸菌、芽孢杆菌目细菌、丝状真菌及代谢工程菌株在不同碳源上的发酵性能。文章评估了木质纤维素、甘油、C1气体和农食品工业副产物等替代底物的应用，以及非灭菌发酵、固定...
基于工程化荧光蛋白（FP）的遗传编码生物传感器是监测生物体系内特定离子和分子动态的重要工具。三价砷离子（As3+）因能与蛋白质巯基结合而具有强细胞毒性，可抑制蛋白功能、破坏蛋白间相互作用并最终导致细胞死亡。开发 As3+ 遗传编码生物传感器有望在体外和体内研究其毒性机制。本研究以嗜酸氧化亚铁杆菌（Acidithiobacillus ...
克拉霉素（clarithromycin, CLA）是天然大环内酯红霉素（erythromycin, ErA）的改进半合成类似物。C6羟基上引入甲基使分子酸稳定性提高，成为临床有用抗生素。本文表明，生物传感器蛋白 MphR 的效应物特异性可通过进化被改造为选择性识别 CLA，从而在活细胞内报告该分子的生成。此外，进化变体的晶体结构揭示...
果蝇复眼被广泛用于研究分化时空调控、视觉信号转导、蛋白运输和神经退行性变等生物学过程。自荧光蛋白（FPs）出现以来，异源表达的FP融合蛋白不仅用于蛋白亚细胞定位，也被用于遗传筛选和光感受器功能分析。本文综述了FPs在果蝇眼中的应用，包括作为遗传筛选工具、研究视紫红质表达模式、亚细胞蛋白定位、膜蛋白运输，以及作为钙离子（Ca2+）和磷...
生物传感器是理解植物免疫不可或缺的工具，因为其时空维度对于应对复杂植物免疫信号至关重要。植物中遗传编码生物传感器的多样性正在扩展，覆盖新的分析物，并不断提高敏感性和稳健性，但在某些方面仍有限，例如用于跟踪生物胁迫反应、在同一底盘中使用多个生物传感器以及将其应用于作物。本综述聚焦于涵盖这些方面的可用生物传感器。我们表明，利用现有遗传编...
基于荧光蛋白（FP）的遗传编码生物传感器能够在活细胞和活体中实时监测分子动力学，对理解复杂细胞过程的正常功能与调控至关重要。根据待监测分子事件类型，需采用不同传感策略以优化 FP 生物传感器设计。本文综述了基于 FP 的遗传编码生物传感器及其多种策略，包括荧光蛋白转位、荧光共振能量转移（FRET）、二聚化依赖型荧光蛋白（ddFP）、...
溶菌酶是研究蛋白质结构与功能关系的经典模型蛋白，近期也被用于加速以细菌为主的二级污泥降解，但针对溶菌酶工程化的高通量筛选系统尚未见报道。本文建立了一种基于遗传编码生物传感器的T4溶菌酶（T4L）筛选系统。作者将T4L基因克隆至araBAD启动子（PBAD）控制的质粒中，并在大肠杆菌DH5α中实现可溶性表达，且未对细胞生长产生毒性。进...
电子载体烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD）及其磷酸化形式 NADP 通过还原型 NAD(P)H 与氧化型 NAD(P)+ 的相互转化介导细胞代谢中的氧化还原反应。NAD 水平改变会影响植物发育和胁迫响应，但植物体内缺乏实时监测 NAD 池大小及还原/氧化比值的技术。本文简报介绍了 Steinbeck 等将 pH 不敏感的遗传编码荧光生物...
谷氨酸棒杆菌类胡萝卜素合成受 MarR 型调控子 CrtR 控制，CrtR 抑制 crt 操纵子启动子 PcrtE 和自身基因 PcrtR 转录。GGPP 及其他异戊二烯焦磷酸在体外干扰 CrtR 与靶 DNA 结合，提示其为诱导物。为判断该功能在放线菌中是否保守，作者表征了五个 CrtR 同源物。EMSA 显示 C. callun...
细胞信号网络在时间和空间上受到精细调控，决定细胞对不同刺激的响应与命运。遗传编码的荧光和生物发光生物传感器能够在天然生物学环境中直接可视化这些时空信号动态，已成为强有力的分子工具。本文首先回顾生物传感器设计的基本原理，并评述加速传感器开发的新近技术，包括新型传感单元、报告单元和高通量筛选策略。随后重点讨论遗传编码荧光与生物发光生物传...
遗传编码生物传感器是可视化活细胞内外分析物或生物学过程时空动态不可或缺的工具。过去二十余年，随着面向新分析物或新过程的传感器不断开发，其功能、稳健性和应用范围持续提升。本综述重点介绍遗传编码生物传感器设计中的近期进展，尤其关注新颖且创新的支架，这些支架有望为未来传感与成像开辟新的可能性。文章首先概述传感域与报告域的基本设计原则，包括...
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...
己内酰胺是尼龙6的重要聚合物前体，目前主要源自石油，年产量约500万吨。现有生物合成途径效率低，产量通常不超过2 mg/L，亟需开发新途径。由于新代谢途径开发常需大量设计且产物滴度低，高灵敏度的终产物生物传感器可显著加速筛选。本文报道了来自 Pseudomonas putida KT2440 的 OplR（PP_3516）戊内酰胺/...
氨基酸发酵是工业生物技术的重要支柱，全球氨基酸市场持续扩大并不断多元化。代谢工程已不再仅聚焦于百万吨级大宗氨基酸 L-谷氨酸和 L-赖氨酸的菌株开发，而是转向特种氨基酸的生产。为满足这一需求，研究者开发并应用了包括 CRISPR 基因编辑/干扰、遗传编码生物传感器以及灵活底物利用、共生产和共培养在内的新工具与工艺。本文以特种蛋白源氨...
蛋白激酶信号网络严格调控细胞增殖、迁移和存活等过程，也是癌症发生与进展的核心。能够直接在活细胞中揭示激酶信号时空动态的遗传编码荧光生物传感器，正越来越多地用于研究癌细胞和肿瘤组织切片中的激酶信号。这些传感器可在原位可视化生物过程，保留天然生物学背景，并提供细胞内定位与动态的详细信息。本文首先综述激酶活性生物传感器的常见设计策略，包括...
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...
Ⅰ类磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）信号在动物生长与代谢中起核心作用，其异常与癌症和糖尿病相关。然而，其次要脂质信使磷脂酰肌醇(3,4)二磷酸（PI(3,4)P2）的时空动态与信号功能仍不清楚，主要缺乏研究该稀缺脂质的工具。本研究开发了一种高灵敏度遗传编码 PI(3,4)P2 生物传感器，并证明该传感器对目标脂质具有高度选择性和特异性...
生物催化环化对高效合成ε-己内酰胺和δ-戊内酰胺等生物基化学品具有重要意义。为筛选内酰胺生物合成中的环化酶，作者开发了己内酰胺检测型遗传酶筛选系统（CL-GESS）。该系统采用粪产碱杆菌（Alcaligenes faecalis）来源的调控蛋白 NitR，使其能够特异性识别内酰胺化合物，并避免内酰胺生物合成中间体的干扰。作者通过系统...
硼是植物必需微量元素，植物通过水通道蛋白 NIP 亚家族中的硼酸通道和 BOR 硼酸盐外排蛋白维持组织硼浓度。为在活体植物组织中实时监测硼的空间分布与时间动态，本文开发了基于 NIP5;1 5'UTR 功能的细胞质硼酸遗传编码生物传感器。NIP5;1 5'UTR 可在细胞质硼酸升高时促进 mRNA 降解。将该 5'UTR 与 Ven...
阿片受体（ORs）在内源阿片肽激活下可精确调节行为，但被非肽阿片药物激活时易产生病理效应。传统观点认为受体激活主要发生在质膜，但药物与肽在靶神经元中的细胞差异仍不清楚。本文开发了一种遗传编码的构象生物传感器 OR sensor，其核心为特异性识别激活构态 μ/δ 阿片受体的纳米抗体 Nb33，并与 EGFP 或 pmApple 荧光...