Improvement of
顺丁烯二酸是生产尼龙、聚氨酯和对苯二甲酸的潜在平台化合物，但目前尚无经济可行的生产工艺。为挖掘提高酿酒酵母中 cis,cis-顺丁烯二酸（CCM）产量的新遗传靶点，本研究采用宽动态响应的 CCM 生物传感器驱动绿色荧光蛋白（GFP）表达，对 CCM 产生酵母的紫外诱变库进行筛选。通过荧光激活细胞分选（FACS）获得突变株 Mut13...
The in vivo detection and measurement of the unfolded protein response in recombinant cellulase producing Saccharomyces cerevisiae strains.
酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）具有乙醇生产的工业优势，并可通过异源表达纤维素酶用于木质纤维素生物质的整合生物加工（CBP）。然而，该酵母分泌的纤维素酶滴度较低，原因之一是异源蛋白诱导未折叠蛋白反应（UPR）。现有 UPR 检测方法主要基于 RNA，结果不一致且操作繁琐。本研究开发了基于载体的 UPR 生...
Development of a Biosensor for Detection of Benzoic Acid Derivatives in
4-羟基苯甲酸（pHBA）是生产粘康酸和液晶聚合物的重要工业前体，目前主要依赖石化路线。为降低对化石燃料的依赖并提高可持续性，微生物工程是替代传统化学合成的有前景策略，但菌株筛选仍是代谢工程中的瓶颈。本文在酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）中构建了一种名为 sBAD 的合成转录因子生物传感器，其由红假单胞菌...
Measuring glycolytic flux in single yeast cells with an orthogonal synthetic biosensor.
细胞群体中个体细胞间的代谢异质性给基础与应用研究带来挑战。识别代谢异质性并研究其产生机制，需要能够深入单个细胞代谢的工具。虽然已有方法可测量单细胞代谢物水平，但尚缺乏在单细胞水平测量代谢通量——即代谢活动最终功能输出——的能力。本研究结合启动子工程、计算蛋白设计、生化方法、蛋白质组学和代谢组学，开发了一种用于测量单细胞酵母糖酵解通量...
Biosensors design in yeast and applications in metabolic engineering.
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...
YestroSens, a field-portable S. cerevisiae biosensor device for the detection of endocrine-disrupting chemicals: Reliability and stability.
农业、工业化和城市化使废水、地表水和饮用水中潜在有害化合物浓度升高，雌激素类固醇激素即为典型内分泌干扰物。即使仅数纳克/升，也可引起人和野生动物的急慢性健康问题。本文报道一种基于酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）的雌激素生物传感器，可在1 nM浓度下检测雌二醇（E2）和炔雌醇（EE2）。研究首先在最适实验室...
Model-Assisted Fine-Tuning of Central Carbon Metabolism in Yeast through dCas9-Based Regulation.
为在工业规模上生产高价值化学品，酿酒酵母的代谢工程需要广泛调控其代谢。本文鉴定了新的基因表达微调策略，以增强内源代谢通量，提高乙酰辅酶A和丙二酰辅酶A水平。将基于dCas9的转录调控与响应丙二酰辅酶A的胞内生物传感器结合，用于筛选有益调控组合。候选基因由基因组尺度代谢模型预测，并设计了靶向168个基因的gRNA文库。经多轮荧光激活细...
Dynamic imaging of cellular pH and redox homeostasis with a genetically encoded dual-functional biosensor, pHaROS, in yeast.
细胞内pH和氧化还原状态对多种生物学过程至关重要，并部分决定细胞行为。本研究开发了一种遗传编码双功能荧光探针pHaROS，用于在活细胞中同时实时检测氧化还原电位和pH的动态变化。pHaROS由拟南芥黄素单核苷酸结合荧光蛋白iLOV和mKATE变体mBeRFP融合而成。在酿酒酵母中，作者证实H2O2处理可提高细胞整体氧化还原电位，并伴...
Design and Characterization of Biosensors for the Screening of Modular Assembled Naringenin Biosynthetic Library in
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...
Expanding the Dynamic Range of a Transcription Factor-Based Biosensor in
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...
FadR-Based Biosensor-Assisted Screening for Genes Enhancing Fatty Acyl-CoA Pools in
脂肪酸衍生物在化学构建块到生物燃料等工业领域应用广泛。由于脂肪酸代谢高度动态，难以通过理性方法鉴定调节脂肪酸酰-CoA水平的基因。代谢物生物传感器可用于在体内以高通量方式筛选大规模基因库。本文在酿酒酵母中建立了基于大肠杆菌转录因子 FadR 的脂肪酸酰-CoA传感器，并与基因过表达库结合，筛选提高脂肪酸酰-CoA池的基因。经流式细胞...
Exploring the xylose paradox in Saccharomyces cerevisiae through in vivo sugar signalomics of targeted deletants.
尽管已有多种策略使酿酒酵母利用木糖，但木糖利用速率仍远低于葡萄糖。许多研究表明，工程酵母虽能在木糖上生长和发酵，却未将木糖识别为可发酵碳源，形成“木糖悖论”。作者此前利用荧光生物传感器菌株在体内监测表达木糖还原酶/木糖醇脱氢酶（XR/XDH）途径的酵母糖信号组，发现高浓度木糖触发与低浓度葡萄糖相同的信号，这可能解释木糖利用不佳。本研...
A biosensor-based approach reveals links between efflux pump expression and cell cycle regulation in pleiotropic drug resistance of yeast.
多药耐药在哺乳动物、真菌和细菌中高度保守，表现为对多种无关外源化合物的抗性，给感染和癌症治疗带来挑战。真核生物利用一组高度保守的药物外排转运体赋予多效性药物耐药（PDR）。为解析该关键过程的调控，作者在酿酒酵母中开发了一种小分子响应型生物传感器，将 PDR 基因转录诱导与细胞生长速率相耦合。利用多种 PDR 诱导剂和同源二倍体缺失集...
Activation of Haa1 and War1 transcription factors by differential binding of weak acid anions in Saccharomyces cerevisiae.
在酿酒酵母中，Haa1和War1转录因子分别介导细胞对亲水性弱酸和疏水性弱酸的适应，但二者如何依据弱酸种类被差异激活尚不清楚。本研究采用基于碳纳米纤维（CNF）的场效应晶体管（FET）型生物传感器，证明Haa1和War1可直接结合多种弱酸阴离子，且亲和力不同。Haa1对乙酸根最敏感，其次为乳酸根；War1对苯甲酸根最敏感，其次为山梨...
Setting-up a fast and reliable cytokinin biosensor based on a plant histidine kinase receptor expressed in Saccharomyces cerevisiae.
细胞分裂素（CKs）在植物发育中作用明确，近年也被发现参与部分细菌和真菌植物病原的致病过程，因此快速鉴定能产生 CKs 的病原菌具有重要意义。本研究利用苹果树 CHASE 组氨酸激酶受体 MdCHK2 对 CKs 的感知特性，构建了基于 sln1Δ 酿酒酵母表达 MdCHK2 的酵母生物传感器。该传感器无需对生物样品进行提取或纯化，...
A Yeast-Based Biosensor for Screening of Short- and Medium-Chain Fatty Acid Production.
短链和中等链脂肪酸（SMCFA）是重要平台化学品，目前多由不可持续资源生产。工程微生物细胞生产 SMCFA 缺乏高通量筛选最佳生产细胞的方法。本文报道了一种用于快速简便检测 SMCFA 的全细胞生物传感器。该传感器基于含 SMCFA 响应 PDR12 启动子并耦合 GFP 报告基因的多拷贝酵母质粒。传感器对己酸、庚酸和辛酸的线性检测...
Experimental development of a biosensor system to measure the concentration of phenol diluted in water using alternative sources of oxidoreductase enzymes.
工业废水中酚的存在对石化、能源等行业具有重要环境意义。由于酚毒性高，污染企业需持续监测废水中酚浓度以满足环境法规并降低环境影响。本文提出一种用于原位测量水中稀释酚浓度的实验性分析方法，可应用于油气生产废水监测。该方法基于氧化还原酶对酚化合物的选择性，比较了有机组织和微生物作为氧化还原酶天然替代来源的性能差异，并将其作为生物传感器识别...
Engineered Biosensors from Dimeric Ligand-Binding Domains.
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...
One-pot two-strain system based on glucaric acid biosensor for rapid screening of myo-inositol oxygenase mutations and glucaric acid production in recombinant cells.
近年来，重组细胞中 D-葡萄糖酸（GA）生产取得进展，亟需高通量筛选和选择性能更优的重组细胞或生物催化剂。2016 年已开发一种在大肠杆菌中将 GA 浓度转化为荧光信号的生物传感器系统，但其应用报道较少。本文建立了一种不依赖微流控平台等专用装置的有效高通量筛选方法，并进行初步应用。在该一锅双菌株体系中，含有 GA 合成途径的产酸菌或...
Encapsulating genetically modified Saccharomyces cerevisiae cells in a flow-through device towards the detection of diclofenac in wastewater.
近年来，基于遗传改造报告细胞的传感器被用于连续在线水质监测。本文报道了一种新型流通式微流控装置的设计、组装与性能，该装置固定了经遗传改造的酿酒酵母细胞；当受到双氯芬酸刺激时，酵母表达荧光蛋白，其荧光强度由荧光显微镜检测。尽管已有多种固定细胞检测不同分析物的装置，但本系统的创新在于能够安全封闭传感器细胞，从而获得不因细胞流失而失真的荧...