Genetically Encoded Biosensors in Plants: Pathways to Discovery.
直接与被测分子相互作用的遗传编码生物传感器最早于20多年前以钙离子荧光指示融合蛋白形式出现。此后，该技术已发展为多种生物传感器，并被用于提高对植物生理与发育中关键分子时空动态的理解。本综述重点讨论遗传编码钙指示剂，这是目前最多样且最成熟的生物传感器类别，并概述利用钙、pH、活性氧、氧化还原状态、初级代谢物、植物激素和营养元素生物传感...
A dataset of small molecules triggering transcriptional and translational cellular responses.
本文报道了一个用于识别和收集可被活细胞检测的小分子化合物的数据集，重点围绕细菌转录因子介导的遗传编码生物传感器。该数据集旨在为合成生物学中的多种应用提供基础，包括全细胞生物传感器设计、高通量筛选、代谢通路动态调控、转录因子工程以及正交传感回路构建。数据条目包含化合物名称、InChI分子结构、检测报道文献、检测或工程化宿主、检测与实验...
Quantification of labile heme in live malaria parasites using a genetically encoded biosensor.
血红素是广泛存在的辅因子，但细胞如何维持其游离池以保证及时生物利用并减少氧化损伤仍不清楚。本文开发并系统表征了一种基于蛋白的荧光血红素传感器：该传感器在结合血红素时发生荧光淬灭。作者将该传感器遗传编码到人体疟原虫恶性疟原虫（Plasmodium falciparum）中，从而在完整红细胞期寄生虫内定量胞质游离血红素水平。结果显示，在...
Recent developments of genetically encoded optical sensors for cell biology.
光学传感器是活细胞研究的重要工具，可实时追踪脂质、离子和酶等关键细胞组分的定位、浓度变化或活性。现有探针大多基于荧光，在高端显微镜支持下可提供高空间与时间精度，但要求事件时间尺度与传感器响应时间匹配。过去20年发展出的许多传感器为遗传编码型，其设计多样，应用从简单到复杂。遗传编码传感器在荧光蛋白被发现、其光学性质被工程化改进以及通过...
Genetically encoded sensors enable real-time observation of metabolite production.
工程细胞生产高价值代谢产物受限于缓慢且费力的浓度评估方法，许多设计未被评估，产物形成动力学也未被观察。本文建立一种无需样品制备和复杂分析即可实时观察产物形成的框架。利用源自小分子响应转录因子的遗传编码生物传感器，提供与细胞内目标代谢物浓度成正比的荧光读出。将合适传感器与产物合成细胞组合，可通过荧光追踪产物形成；单个细胞荧光强度与其代...
Engineering microbial cell factories: Metabolic engineering of Corynebacterium glutamicum with a focus on non-natural products.
谷氨酸棒杆菌（Corynebacterium glutamicum）是生物技术氨基酸生产的主力菌。50多年来，该放线菌的氨基酸生产菌株通过经典育种、代谢工程以及系统与合成生物学方法不断改进。本综述主要关注 C. glutamicum 菌株开发用于非天然产物的最新进展。最近，代谢物传感器加速了经典菌株育种。为利用替代碳源（如戊糖）并生...
Synthetic biosensors for precise gene control and real-time monitoring of metabolites.
诱导型转录调控因子的表征与标准化使基因表达能够被精确、可调地控制，但已充分表征的调控系统数量有限，制约了工程生物系统的复杂性。本研究建立了一套表征流程，对响应丙烯酸盐、葡萄糖二酸、红霉素和柚皮素的四种遗传编码生物传感器进行系统评价，考察诱导剂浓度与蛋白表达的关系、诱导程度对表达动力学的影响，以及单细胞激活行为与群体测量之间的关系。结...
Development of biosensors and their application in metabolic engineering.
在可持续生物经济中，许多大宗化学品和高价值化合物（包括药物）将由微生物细胞工厂利用可再生原料生产。通过构建多样化基因组库并筛选所需表型，可高效生成这些细胞工厂。然而，现有微生物基因组多样化方法远超筛选和选择最优性能变体的能力。遗传编码生物传感器能够响应小分子结合，并易于与高通量分析结合，有望弥补这一差距。本文综述了生物传感器开发的最...
Application of a genetically encoded biosensor for live cell imaging of L-valine production in pyruvate dehydrogenase complex-deficient Corynebacterium glutamicum strains.
多数生物技术相关代谢物不会赋予生产细胞明显表型，因此微生物代谢物生产分析仍主要依赖整体检测技术，可能掩盖单细胞差异。本研究应用近期开发的 Lrp 遗传编码生物传感器，对基于丙酮酸脱氢酶复合体缺陷（PDHC）菌株 C. glutamicum ΔaceE 的逐步工程化 L-缬氨酸生产菌株进行单细胞氨基酸生产监测。批培养中在线监测传感器输...
Mitochondrial biosensors.
生物传感器为测量活体生物体内多种代谢物动态提供了创新工具。它们通过基因编码方式构建，可与特定蛋白或靶向序列融合，从而特异性定位到细胞器区室。线粒体是真核细胞代谢的核心，具有复杂的多区室结构。过去十年，用于能量产生分子、活性氧和二级信使的遗传编码传感器帮助揭示了线粒体生理的关键方面。目前，ATP、NADH、pH、过氧化氢、超氧阴离子、...
FRET and BRET-based biosensors in live cell compound screens.
利用遗传编码荧光或生物发光生物传感器在活细胞中进行化合物筛选，是鉴定特定信号事件新型调控分子的有效策略。活细胞筛选可保持完整信号网络，因此不仅针对单一目标分子，还可发现信号网络中任何能够调节该事件的分子；同时只有细胞可渗透或作用于细胞表面受体的化合物会被识别为命中，从而减少后续细胞渗透性优化。本文提供在96孔板中使用遗传编码生物传感...
Redesign of genetically encoded biosensors for monitoring mitochondrial redox status in a broad range of model eukaryotes.
遗传编码氧化还原生物传感器的发展使细胞与生物体内化学特异性、定量、动态且区室化的氧化还原测量成为可能。氧化还原敏感绿色荧光蛋白（roGFP）尤其受到关注，可实时监测生物氧化还原变化。最近，将 Grx（glutaredoxin）与 roGFP2 翻译融合形成 Grx1-roGFP2，成为谷胱甘肽氧化还原电位（EGSH）传感器。线粒体是...
Vascular tone and Ca(2+) signaling in murine cremaster muscle arterioles in vivo.
本研究旨在确定麻醉小鼠骨骼肌小动脉基础血管张力的分子要求，并判断非同步钙波是否参与。作者将表达 exMLCK 或 smGCaMP2 遗传编码钙生物传感器的小鼠 cremaster 肌肉外翻，利用宽场、共聚焦和多光子显微镜观察平滑肌细胞钙信号与小动脉直径。结果显示，基础状态下小动脉张力约为 50%；局部阻断 Ang-II AT1 受体...
A genetically encoded metabolite sensor for malonyl-CoA.
丙二酰辅酶A（malonyl-CoA）是长链脂肪酸从头合成的限速代谢物，并通过别构抑制肉碱棕榈酰转移酶-1（CPT1）调控长链脂肪酸β-氧化。作者基于枯草芽孢杆菌中受 malonyl-CoA 调控的转录阻遏蛋白 FapR，开发了一种可用于活哺乳动物细胞的细胞内遗传编码生物传感器。该传感器将 FapR 与单纯疱疹病毒转录激活子 VP1...
Live imaging of intra- and extracellular pH in plants using pHusion, a novel genetically encoded biosensor.
细胞内pH变化已被广泛认为是重要的信号机制。在植物中，质膜和液泡膜上的质子泵对维持胞内pH稳态及跨膜质子梯度起关键作用。为实时追踪外部刺激下pH在空间和时间上的精细变化，作者开发了一种新型遗传编码生物传感器pHusion。pHusion由增强型绿色荧光蛋白（EGFP）与单体红色荧光蛋白（mRFP1）串联融合而成，可作为比率型pH传感...
A novel BRET-based genetically encoded biosensor for functional imaging of hypoxia.
光学成像方法，尤其是荧光成像，因荧光蛋白的广泛应用而成为监测癌症等生物过程的重要手段。然而，绿色荧光蛋白（GFP）等常用探针在活体中易受内源性荧光团吸收激发光引起的自荧光和信号弥散影响，限制其作为体内示踪剂的适用性。近年来，近红外荧光蛋白的发展使实时成像可避免自荧光干扰并实现更深层组织观察。为此，作者设计了一种由新生血管相关转录因子...