基因编码生物传感器可将期望表型与可检测输出相耦合，已广泛用于检测多种天然和非天然产物。与不同高通量筛选（HTS）方法结合后，这些传感器可在不同通量水平下实现以产物为导向的高效筛选，从而加速微生物细胞工厂的工程化与优化，使其生产多种目标化合物。为实现微生物细胞工厂的有效HTS，生物传感器需具备若干关键特性。其性能特征显著影响在HTS中...
Gq/11偶联G蛋白偶联受体（GPCR）通过动员钙离子调控关键生理过程，使胞内Ca2+动态成为药物发现和生物标志物检测的重要读出。然而钙信号短暂，需要专用仪器实时监测，限制高通量筛选和普及。本文报道发光钙生物传感器CalLuc-2.1，可将短暂Ca2+峰转化为刺激后数十分钟仍可读取的持续发光变化，无需精确计时检测，即可用标准酶标仪进...
乙酰胆碱酯酶（AChE）是中枢神经系统中负责快速水解神经递质乙酰胆碱（ACh）的关键酶，其异常活性与有机磷农药中毒、阿尔茨海默病和重症肌无力等密切相关。现有 AChE 抑制剂检测方法存在生物相容性低、通量低、操作复杂和成本高等局限。本研究利用遗传编码的 ACh 荧光传感器 GACh3.0，构建稳定共表达 ACh 探针与人源 AChE...
基因编码死亡指示器（GEDI）是一种比率型双荧光生物传感器，可通过钙离子内流实时检测细胞死亡。GEDI 最初用于神经退行性疾病模型，现可应用于癌细胞，以单细胞分辨率量化治疗诱导的死亡。本方案详述如何构建稳定表达 GEDI 的癌细胞系，利用辐射或化疗药物经验性确定应激诱导的 GEDI 阈值，并通过时间分辨成像与图像分析追踪细胞命运。该...
微滴包埋细胞是高通量生物学检测的有力工具，广泛应用于突变体筛选和菌株工程，通常需要严格区室化以防止细胞或分子在微滴间转移。尽管此前已报道荧光分子可在微滴间转移，但常见小分子底物和产物是否转移及其对生物学结果的影响尚不清楚。本研究利用基于全细胞的生物传感器体系，证明乙醇等小醇类和弱酸等生物相关分子可在多分散水包油微滴间转移。此类转移会...
异丁醇是能量密度高于乙醇的有前景生物燃料，但微生物合成产量提升仍受限于菌体合成效率。本研究在大肠杆菌中构建基于 AlkS-PalkB 转录因子系统的生物传感器，使绿色荧光与异丁醇浓度相关。通过定向进化改造 AlkS，使其能够检测异丁醇并显著提高生物传感器特异性。初始修饰将动态响应从不可检测提升至 2.60 倍变化；随后通过定点突变和...
芳香化合物广泛用于香料、染料、神经递质和药物等领域。以廉价底物进行微生物发酵是生产芳香化合物的重要策略，但发酵参数优化和工业规模放大仍面临挑战。生物传感器能够精细调节内源或异源代谢途径酶的表达，在不明显抑制细胞生长的前提下平衡代谢通量，并将代谢流导向目标产物合成，因此基于生物传感器的菌株工程与筛选是一种智能化策略。本文系统综述了大肠...
无细胞蛋白合成（CFPS）已成为合成生物学中可编程、可扩展且兼容自动化的关键平台。摆脱细胞存活与生长限制后，CFPS 可实现快速设计迭代、精确控制反应条件和高通量实验。CFPS 与生物工厂（自动化高通量生物工程平台）的整合显著加速设计-构建-测试-学习（DBTL）循环，促进酶工程、代谢途径原型构建、生物传感器开发和远程生物制造。液处...
塑料垃圾持续威胁生态系统和人类健康。尽管塑料降解酶性能提升，但缺乏高通量筛选（HTS）工具限制酶工程应用。本研究开发基于 BmoR 的荧光全细胞生物传感器，检测聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）降解产物乙二醇（EG），用于 PET 降解酶定向进化。通过荧光激活细胞分选（FACS）辅助转录因子工程，定制 EG 响应型 BmoR 突变体，提...
化石燃料消耗加剧资源枯竭与环境污染，异戊醇、异丁醇等支链高级醇因性质接近汽油而成为下一代生物燃料候选。微生物发酵可提供绿色、可持续、可再生的替代路线，但异戊醇发酵产率尚未达到工业规模。本研究利用可诱导碱基编辑工具 Helicase-AID 构建基因组尺度连续扰动库，并结合异戊醇生物传感器进行高通量筛选，获得五个高产突变体。突变体均表...
氨基酸是重要的生物基产品，市场价值达数十亿美元。利用生物传感器开发高效高通量筛选技术，对快速鉴定高性能氨基酸生产菌至关重要。然而，针对 L-苏氨酸和 L-脯氨酸等关键氨基酸的专用生物传感器仍缺乏。本研究受新发现 SerE 除已知 L-苏氨酸和 L-丝氨酸外还可输出 L-脯氨酸的启发，成功开发了基于转录调控因子的 L-苏氨酸和 L-脯...
当前塑料生产和消费路线因对气候变化和污染的影响而不可持续，需要对整个价值链进行改革。生物技术可通过可再生原料生产塑料单体，并促进塑料生命周期结束后的回收或升级利用。生物序列与设计空间复杂，需要高通量分析方法以支持合成生物学“设计—构建—测试—学习”（DBTL）迭代优化。此外，遗传调控工具可协调生物技术需求与所选生产宿主的生理限制。遗...
药物发现领域的进展使生物传感器成为不可或缺的工具，其精确性、灵敏度和实时监测能力尤为突出。本综述首先概述癌症药物发现，强调生物传感器在推进癌症研究中的关键作用，随后重点讨论用于癌症药物发现的荧光与生物发光技术，包括FRET、TR-FRET、BRET、NanoBRET和NanoBiT。这些传感器推动了多项突破，例如通过NanoBiT筛...
细胞靶点结合技术可量化胞内药物结合，但同步评估药物相关表型仍具挑战。本文提出“突变积累介导的细胞靶点结合”（CeTEAM）平台，利用条件稳定药物生物传感器同时评估药物-靶点相互作用与表型响应。作者发现已知药物靶点的报道突变中普遍存在药物响应性蛋白型，且适配突变遵循结构与生物物理逻辑，可在蛋白内部及同源蛋白间扩展生物传感器库。随后将方...
MsrB1 是硫依赖酶，可还原蛋白甲硫氨酸-R-亚砜并调节巨噬细胞炎症反应，是潜在炎症治疗靶点。为鉴定 MsrB1 抑制剂，作者构建了由 MsrB1、环状置换荧光蛋白和硫氧还蛋白1 组成的单链氧化还原蛋白荧光生物传感器 RIYsense。该传感器通过比率荧光增强高效测量蛋白甲硫氨酸亚砜还原，并用于 6868 个化合物的高通量筛选。1...
高通量生物传感器筛选与优化对健康和环境监测中的快速准确检测至关重要。传统生物传感器设计与优化依赖手工移液、大体积样品和长时间孵育，通量低且难以满足大规模文库筛选需求。本文提出一种模块化液滴微流控系统，将定制 CMOS 集成电路嵌入微流控芯片，用于阻抗谱和生物发光检测。芯片采用 65 nm 工艺制造，可实现对纳升级液滴的高效检测与分析...
基于转录因子（TF）的生物传感器被广泛用于高通量筛选代谢物高产菌株，但现有传感器检测范围和动态范围较窄，限制了实际应用。本研究以感应赖氨酸的转录因子 LysG 为例，在大肠杆菌中构建赖氨酸全细胞生物传感器，并建立基于生长耦合的 LysG 随机突变库筛选方法。该传感器以谷氨酸棒杆菌来源的 LysG 为识别元件，以 PlysE 启动子驱...
生物传感器用于工业微生物中检测并量化化学品，但多数依赖工程化转录因子识别特定分子，通用性受限。本研究通过工程化非致病土壤菌 Pseudomonas putida，构建可调节的全细胞化学传感器平台。该平台将荧光报告基因与中心代谢中的合成营养缺陷型整合，使目标分析物在生长偶联体系中补充代谢缺陷并驱动菌体生长，从而以生物量和 msfGFP...
锥虫目寄生虫（包括布氏锥虫）在热带和亚热带地区造成重大健康负担，但其代谢机制仍不清楚。为发现抑制锥虫目酶类的化学探针，作者建立了一种基于流式细胞术的高通量多重筛选方法，可在活体布氏锥虫血淋巴型中同时测量多种与糖酵解相关的代谢物。作者将分别检测葡萄糖、ATP 或糖体 pH 的荧光生物传感器转入寄生虫：葡萄糖和 ATP 传感器为 FRE...
抗生素耐药性上升促使寻找细菌素等新型抗菌肽。细菌素广泛用于食品防腐，也可作为动物饲料和部分临床场景的抗生素替代物。高通量筛选有助于发现新型抗菌剂。作者基于此前报道的活体生物传感器细菌，利用比率型 pH 依赖荧光蛋白 pHluorin2（pHin2）检测破坏膜完整性的抗菌化合物，并建立整合管线以高通量鉴定细菌素产生菌及其生物合成基因簇...