二羟基丙酮（DHA）是化妆品工业重要原料，可由大肠杆菌糖酵解中间物二羟基丙酮磷酸（DHAP）经二羟基丙酮磷酸去磷酸化酶（HdpA）去磷酸化生成。为高效筛选 HdpA 高活性突变体，本研究基于甲醛响应转录调控蛋白 FrmR 构建了甲基乙二醛（MG）生物传感器。将 FrmR 结合位点插入组成型启动子 J23100 的 -35 上游及 -...
遗传编码回路已成功用于从大型突变库中评估和表征具有理想性状的靶标变体。腺苷钴胺素（AdoCbl）是多种胞内生理反应必需的辅酶，广泛应用于医药和食品工业。能够检测 AdoCbl 产量并筛选优良合成菌株的高通量筛选技术，对构建工业化微生物细胞工厂至关重要。本研究开发了一种 RNA–蛋白混合生物传感器：输入部分为内源 RNA 核糖开关，特...
cAMP 差异检测器原位（cADDis）是一种新型生物传感器，可连续测量活细胞中环磷酸腺苷（cAMP）水平。该传感器由环状置换荧光蛋白连接至 Epac2 铰链区构建，形成单一荧光团生物传感器，结合 cAMP 后荧光可升高或降低。传感器具有红色和绿色向上版本以及绿色向下版本，并可提供靶向不同亚细胞定位的版本。本研究采用绿色向下 cAD...
乳酸是合成聚乳酸（PLA）的重要单体，也是替代石化塑料的关键原料。为获得高滴度、高速率和高产率的乳酸生产菌株，需要高效乳酸合成途径及影响乳酸生产与耐受性的遗传靶点。本研究首先将基于 LldR 的 D-乳酸生物传感器应用于 Zymomonas mobilis，通过筛选强 GFP 荧光突变株，获得 D-乳酸产量可能增加的菌株。随后，将该...
经典定向进化是改造生物分子功能的有效策略，但传统方法依赖多步分子生物学操作和反复筛选，耗时费力且通量有限。本研究建立了一种具有温度响应诱导可调性的超高通量体内连续定向进化系统。该系统基于工程化热响应阻遏蛋白 cI857 调控错误倾向 DNA 聚合酶 Pol I* 的表达，并结合携带温度敏感缺陷的基因组 MutS 突变体 MutS60...
染料木素是主要存在于豆科植物中的异黄酮，具有多种健康益处，利用微生物细胞工厂生产染料木素受到关注。为筛选高产菌株，本研究在酿酒酵母中改造 Gal4DBD-ERα-VP16（GEV）转录激活子，构建细胞荧光生物传感器。存在染料木素时，GEV 结合 GAL1 启动子并激活下游 GFP 报告基因。通过工程化传感器蛋白、表达启动子和报告启动...
生物系统的特异性使研究者能够在复杂医学或环境样品中开发针对特定代谢物、毒素和污染物的生物传感器，而不受结构类似化合物的干扰。过去二十年，合成生物学策略被广泛用于创造具有新功能的蛋白质或核酸。除增强生物催化活性、扩大底物范围以及提高酶的立体选择性和稳定性外，增强遗传编码生物传感器的分子特异性已成为重要研究方向。本文综述了高特异性生物传...
基因编码荧光指示剂（GEFI）是一类蛋白基光遗传工具，在细胞和组织中结合特定配体时改变荧光强度，可用于监测细胞生理响应。然而，开发具有生理敏感性和药理学特异性的 GEFI 常需通过反复试错突变并在体外逐一评估其生物物理功能，蛋白巨大突变空间使开发缓慢，尤其依赖哺乳动物宿主系统时。为此，作者开发了多路复用高通量工程平台 Opto-MA...
tau蛋白异常积累是多种神经退行性疾病的关键致病因素，tau种子化可能介导其可预测扩散。分子伴侣可调节tau病理，但既往多孤立研究。本研究采用半高通量活细胞成像方法，利用稳定表达含额颞叶痴呆相关P301S突变的tau重复域并融合FRET荧光对的Tau RD P301S FRET生物传感器细胞，筛选约50个来自五大主要家族的分子伴侣对...
融合脱氨酶的T7 RNA聚合酶（T7RNAP）为体内靶标特异性酶进化提供了同时完成DNA修饰与筛选的工具。本研究通过调节T7RNAP与T7启动子之间的结合效率，建立了名为dT7-Muta的新平台，用于基因诱变。概念验证中，利用dT7-Muta改变sfGFP的荧光分布，并通过流式细胞术筛选突变体。作为功能验证，作者对来自土曲霉（Asp...
大麻素受体1（CB1R）和受体2（CB2R）是Gαi蛋白偶联受体，参与疼痛、炎症、免疫及能量平衡调控，但Gαi信号检测常受活细胞变异和放射性[35S]-GTPγS限制。本文开发了一种基于膜的Gαi信号检测系统，利用稳定过表达CB1R或CB2R的HEK293TR细胞制备膜，并整合Gi-CASE生物传感器。该BRET系统通过监测Gα与G...
I型模块化聚酮合酶（PKS）是像装配线一样工作的多结构域酶。过去三十年，人们尝试替换、删除和插入新功能结构域以产生新分子。然而，插入异源结构域常使 PKS 不稳定，导致活性丧失和蛋白错误折叠。为解决该挑战，本文开发了一种基于荧光的溶解度生物传感器，可快速识别结构破坏最小的工程 PKS 变体。利用该传感器，筛选了酰基转移酶（AT）交换...
本文提出一种用于分离功能获得突变的目标突变与高通量筛选方法。通过重叠延伸聚合酶链式反应（PCR）和含简并碱基的引物，可在启动子或基因的目标区域引入完全随机或受控突变，仅需两轮 PCR 即可构建含 10^4 至 10^7 个变体的组合库。将突变库转入携带合适荧光报告子的全细胞后，可利用荧光激活细胞分选（FACS）快速筛选。经过若干轮正...
从工程微生物合成大宗和高价值产品，通常可提供比化石或低效、不可持续自然资源更便宜、高效且可持续的替代方案。异养微藻如酵母和细菌已提供大量机会，一些光合微藻正作为有前景的自动光选项出现。微藻通过光合作用利用阳光和水生长，产生氧气并固定二氧化碳，具有可再生和可持续潜力。光合微藻高度异质且多样，许多类群通过不同路径进化并适应不同栖息地。作...
尽管理性遗传工程已成为微生物菌种改良的主流策略，但在许多情况下，基于定向进化构建突变库仍是更优选择。因此，对高性能突变体进行精准、高效筛选的需求推动了基于生物传感器的高通量筛选策略发展。遗传编码生物传感器可将期望表型与荧光、生长速率等可检测信号耦联，为高通量筛选提供强大工具。本文综述了多类生物传感器工程化进展及其在定向进化中的应用，...
α-突触核蛋白（aSyn）错误折叠与寡聚化是帕金森病等突触核蛋白病的关键病理事件，亟需能挽救相关细胞表型的小分子。本文在既往 aSyn 细胞荧光寿命（FLT）-Förster 共振能量转移（FRET）生物传感器基础上，构建了可诱导表达的红移 mCyRFP1/mMaroon1（OFP/MFP）FRET 对 aSyn 生物传感器。该传感...
本研究利用基于荧光共振能量转移（FRET）的活细胞生物传感器，在稳健的高通量筛选（HTS）平台中鉴定能够改变心脏肌浆/内质网钙 ATP 酶（SERCA2a）结构与活性的小分子。研究主要目标是发现可改善 SERCA 功能的药物样小分子激活剂，用于心衰治疗。作者此前已建立基于人 SERCA2a 的分子内 FRET 生物传感器，并使用新型...
葡萄糖酸是可用于洗涤剂、聚合物、医药和食品工业的高价值二羧酸。本研究将葡萄糖酸生物合成途径中的两个关键酶——拟南芥肌醇加氧酶 MIOX4 和丁香假单胞菌醛糖酸脱氢酶 Udh——用不同肽连接子融合并在酿酒酵母中表达。结果显示，以 (EA3K)3 连接子连接的 MIOX4-Udh 融合蛋白产生最高葡萄糖酸产量，比游离酶高 5.7 倍。随...
转录因子（TF）基生物传感器被广泛用于检测代谢物，并用于响应代谢物变化而调控细胞通路。然而，将已有 TF 基传感器直接应用于新的宿主菌株或新的代谢通路时，常面临正交性不足、背景泄漏、动态范围不匹配、响应阈值不合适等挑战，通常需要系统调谐才能获得最佳性能。这些调谐策略可根据目标参数涉及转录控制或翻译控制。本综述重点总结近期用于工程化 ...
血红素具有电子传递、气体结合、催化和信号转导等多种功能，在医疗、膳食补充剂和食品加工中应用广泛。传统化学合成或从生物样品中分离血红素存在产率低、周期长、环境负担重等问题。近年来，基于全细胞系统的血红素生物合成方法成为替代方案，其核心是利用微生物中5-氨基乙酰丙酸（ALA）的C4和C5两条前体合成途径，以及原卟啉依赖（PPD）、铁卟啉...