本研究设计一种新型遗传电路，模拟铜绿假单胞菌 CadA/CadR 操纵子介导的重金属稳态机制，将天然操纵子中的 DNA 元件重新组合，并与增强型绿色荧光蛋白 eGFP 报告基因偶联，构建基础 NOT 型逻辑门 CadA/CadR-eGFP，以响应 Cd2+、Zn2+ 和 Pb2+。将化学合成的 CadA/CadR-eGFP 基因电路...
全细胞生物传感器是监测重金属等环境污染物的有前景工具，其由传感模块和输出模块组成，在目标分析物存在时产生可检测信号。MerR家族金属响应调节因子具有高灵敏度、紧密转录控制和广泛的金属特异性，适合构建金属传感电路；但革兰氏阴性来源的启动子等部件常在革兰氏阳性宿主中失效。本文结合合成遗传电路构建与结构指导的嵌合MerR调节因子设计，在枯...
MerR 金属调节蛋白是多种用于报告金属污染的生物传感器平台的核心元件，但多数 MerR 蛋白缺乏特异性，限制了其在真实环境样品分析中的应用。按需分子工程改造 MerR 金属偏好虽具创新性，却未必得到预期结果。由于这些传感器的金属结合环（MBL）被提出是特异性的主要调节区，本研究将不同 MerR 同源蛋白的 MBL 进行精准替换，构...
基因编程生物传感器已广泛用于监测生物可利用重金属污染及其对生物体的毒性。多数细菌生物传感器最初用于检测汞或镉等特定重金属，但现有传感器难以将镉与其他重金属尤其是汞区分开。本研究以汞响应调节蛋白 MerR 和镉响应调节蛋白 CadR 作为独立传感元件，以增强型绿色荧光蛋白 eGFP 和 mCherry 红色荧光蛋白作为独立报告蛋白，构...
遗传回路设计的快速发展使全细胞生物传感器（WCBs）在医学诊断和环境毒性评估等领域受到关注，但高背景信号和低精度限制了其从概念验证走向实际应用，尤其用于重金属毒性监测。作为替代模块设计，本研究利用Bxb1重组酶作为开关，以增强剂量–响应行为并降低泄漏。借助Bxb1重组酶识别元件的模块化特性，作者将可响应镉等毒性离子胁迫的工程化半特异...
基于细胞的生物传感器利用细胞对环境响应的能力，将其感知机制重新用于检测。MerR 家族蛋白是调控细菌金属抗性基因表达的激活/阻遏开关，已被用于金属生物传感器。金属结合后，其构象改变使基因表达由关闭转为开启。多金属抗性菌株 Stenotrophomonas maltophilia Oak Ridge 02（S. maltophilia...
基因组尺度技术使绘制细胞行为分子网络成为可能。这些网络分析显示，细胞利用多层调控反馈不断评估并精确响应环境，复杂反馈对控制外部刺激的实时响应至关重要，因此需要能够采集并分析高通量时间数据的新一代细胞技术。为此，作者开发了 Dynomics 微流控平台，可监测超过 2000 个启动子的时间基因表达。通过将 Dynomics 平台与深度...
全细胞生物传感器具有简单、快速、低成本检测重金属的潜力，但基因电路构建模式对其性能的影响长期缺乏系统研究。本研究首次构建并比较了铅和汞检测的反馈耦合、非耦合和半耦合三种基本基因电路模型，探讨解耦传感电路拓扑对报告信号的影响。结果表明，非耦合模型对铅（50 nM）和汞（1 nM）具有更高灵敏度，而反馈耦合电路对汞具有更宽检测范围（10...
全细胞生物传感器为重金属检测提供了简便方法，但以往设计主要模拟细菌重金属抗性系统，缺乏理性设计理论。本研究提出基于MerR家族传感器蛋白（SP）的金属检测电路设计策略。利用热力学模型设计一系列组成型启动子，调控cadR、pbrR、cueR和merR等SP表达水平，并以相应传感器蛋白结合启动子（SPBP）驱动eGFP报告基因。结果表明...
基于微生物细胞的全细胞生物传感器通常依赖应激响应操纵子，用于监测环境污染物。与传统仪器分析相比，生物传感器更便捷、成本更低，但可检测目标受限于有限的遗传操纵子系统。本研究提出一种新策略，通过工程化增强绿色荧光蛋白（eGFP）克服该限制。已知 split-eGFP 的两个片段可重新结合形成天然荧光结构，因此作者在 eGFP 的 β-链...
本研究面向环境水污染监测，报道了一种用于在线检测重金属和总毒性的多通道生物发光细菌生物传感器Lumisens3的构建与概念验证。该固定相装置可连续分析水污染，并允许将任意诱导型或组成型生物发光菌株固定于可移除多孔卡中。其技术设计包括四个主要部分：（1）专用可移除卡含64个深3 mm的孔，排列于8条流道中，用于固定细菌；（2）该卡置于...
本文报道了在硼掺杂金刚石电极上构建的全细胞环境生物传感器。将单细胞绿藻 Chlorella vulgaris 用牛血清白蛋白（BSA）包埋，并以戊二醛交联固定于金刚石表面，用于重金属离子检测。金刚石具有宽电位窗口、低背景电流、弱有机吸附和高稳定性，可减轻金属电极常见的污染问题。藻细胞壁富含碱性磷酸酶，在碱性条件下催化 p-硝基苯磷酸...