生物传感器在医学诊断、制药和环境技术中日益重要，可用于简便可靠地检测新药物或监测细胞生长。石墨烯等新型材料有望通过印刷工艺实现生物传感器的工业化生产。为此，需要可靠且自动化的电极结构制备与涂覆方法。本文报道了一种微孔板格式的阻抗生物传感器，采用卷对卷凹版印刷在大面积聚合物箔上制备石墨烯微结构。原理验证实验表明，该印刷石墨烯生物传感器...
辛酸是一种具有工业价值的化合物，可用于抗菌剂或作为生物燃料前体。通过酵母进行微生物生物合成是替代当前不可持续生产方法的有前景途径。为在酿酒酵母中提高辛酸滴度，本研究使用此前开发的基于辛酸响应 pPDR12 启动子偶联 GFP 的生物传感器，并建立适合对辛酸生产菌株文库进行高通量筛选的生物传感器菌株。通过开发、优化和执行高通量筛选方法...
定向进化是优化蛋白质和代谢反应的有效方法，但通常需要在突变、筛选和扩增之间反复迭代，劳动密集且受初始序列空间与筛选通量限制。本文建立了一种整合连续超突变与高通量筛选的定向进化工作流，用于代谢途径酶优化。该工作流利用正交复制系统OrthoRep在酿酒酵母中持续生成目标酶变体，并采用基于转录因子的生物传感器对最佳性能变体进行高通量分选。...
连接蛋白间隙连接（Cx GJs）允许小分子和离子在细胞间传递，对细胞通讯至关重要；其功能障碍与多种疾病相关，因此能调节间隙连接的小分子可能成为治疗药物。为筛选间隙连接调节剂，本研究建立了一种新型细胞检测法。作者以重组表达 Cx43 的 HeLa 细胞为基础，构建供体细胞和生物传感器细胞：供体细胞额外表达 Gs 蛋白偶联腺苷 A2A ...
蚊子依靠嗅觉定位宿主并吸血，驱避剂通过干扰气味识别的生化级联发挥作用，是控制蚊媒疾病传播的高效、低成本手段。然而，传统驱避剂发现依赖嗅觉仪等行为学实验，速度慢、通量低且易出错。为此，作者构建了一种原型全细胞生物传感器，用于快速、准确检测可改变蚊子行为的化合物，尤其是驱避剂。作为概念验证，他们通过遗传工程使毕赤酵母 Pichia pa...
监测共培养中的群体动态对于工程化微生物群落及生物传感应用至关重要，但在高通量格式中准确测量菌株特异性生长动态仍具挑战，尤其在使用全细胞生物传感器检测特定代谢信号的板基功能筛选中。本文建立了一种实验性高通量共培养系统，用于测量并建模荧光与细胞丰度之间的关系，将底盘无关的重组酶辅助基因组工程（CRAGE）与基于 PemrR-GFP 单芳...
溶菌酶是研究蛋白质结构与功能关系的经典模型蛋白，近期也被用于加速以细菌为主的二级污泥降解，但针对溶菌酶工程化的高通量筛选系统尚未见报道。本文建立了一种基于遗传编码生物传感器的T4溶菌酶（T4L）筛选系统。作者将T4L基因克隆至araBAD启动子（PBAD）控制的质粒中，并在大肠杆菌DH5α中实现可溶性表达，且未对细胞生长产生毒性。进...
全细胞细菌生物传感器可用于筛选天然提取物的抗菌特性。本研究构建了一个由四种不同细菌生物传感器菌株组成的面板，包括大肠杆菌（Escherichia coli）、金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）、贝氏不动杆菌（Acinetobacter baylyi）和假单胞菌（Pseudomonas putida），以扩大...
酶工程获得新功能需要高效遍历巨大的组合序列空间。通常，获得显著性能提升需要多个突变，而单个不良突变就可能使酶失活。为建立高通量筛选并提高不同变体之间的分辨率，作者利用工程化正反馈回路快速筛选有机磷酸酯水解酶对氧磷酶1（PON1）的遗传文库：对硝基苯酚（PNP）特异性转录因子（TF）调控PON1表达，而PON1催化对氧磷（paraox...
为快速从大量突变株中获取高产菌株，作者开发了一种 L-精氨酸生物传感器 ARG-Select，用于高通量筛选 L-精氨酸高产突变株。该传感器由谷氨酸棒杆菌来源的 ArgR 蛋白和 argC 启动子构建，并通过报告基因 sacB 将胞内 L-精氨酸水平转化为细菌生长输出：当 L-精氨酸浓度较高时，ArgR 抑制 argC 启动子驱动的...
赤藓糖醇是重要的低热量甜味剂和材料合成前体，工业上主要由发酵生产。为加速高产菌株开发，需要快速检测赤藓糖醇并筛选突变株库的高通量方法。本研究利用赤藓糖醇响应型转录因子EryD，构建传感器-调节系统，用于快速筛选和表征赤藓糖醇高产菌株。作者优化了EryD传感器-调节构建体的结构，提高了灵敏度、特异性和动态响应范围，并结合紫外（UV）与...
L-缬氨酸是支链氨基酸，也是多数哺乳动物必需营养素。本研究首先构建了 L-缬氨酸生产菌谷氨酸棒杆菌 C. glutamicum ΔppcΔaceEΔalatΔpqo。在此基础上，作者构建了基于 Lrp 型转录调控因子和温度敏感复制子的改进生物传感器，用于将胞内 L-缬氨酸浓度转换为可筛选的荧光输出。随后，利用大气常温等离子体（ART...
组织芯片技术可在人源细胞上直接筛选化合物，对细胞功能研究和药物开发日益重要。内皮细胞构成血管内壁，参与多种生理过程，并最先接触多数药物，但目前仍缺乏无标记、实时、高通量监测内皮功能的技术。为此，作者开发了基于光学生物传感器的内皮无标记生物芯片（EnLaB）检测系统，利用共振波导光栅（RWG）技术监测细胞表面附近折射率变化，实现活细胞...
仅凭三维结构难以完全揭示蛋白质的固有功能属性，系统分析突变蛋白变体可提供关键信息。深度突变扫描可在单次实验中同时分析数百万种蛋白变体的功能，但必须将突变基因型与可选择的表型相耦合。本章概述如何在酿酒酵母中构建人工遗传回路，以维持基因型—表型联系，从而实现该策略的通用应用。文中描述了在酵母中设计遗传选择、构建突变蛋白库以及分析测序数据...
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...
转录生物传感器将难以直接观察的生产表型与荧光等易测输出信号相联系，已成为蛋白质和菌株工程中的有力工具；与荧光激活细胞分选（FACS）联用后，可对大规模突变库进行高通量筛选。然而，尽管已有大量文献报道转录生物传感器的构建与表征，真正成功用于此类高通量筛选的研究仍很少。本文报道了面向大肠杆菌的反式肉桂酸响应型转录生物传感器 pSenCA...
将合成基因电路导入肠道细菌以感知、记录并响应体内信号，是诊断、治疗和预防疾病的新策略。然而，疾病响应电路的设计受限于已知生物传感器数量有限。本研究在大肠杆菌中应用稳健的遗传记忆电路，在健康与疾病哺乳动物肠道中鉴定新的细菌生物传感器触发器，用于构建诊断或治疗电路。作者建立了基于高通量文库构建、筛选、二代测序和计算分析的系统级流程，能够...
己内酰胺是合成尼龙-6的单体，近期已开发用于生物基生产尼龙-6的重组微生物菌株。胞内己内酰胺生物传感器可促进重组微生物菌株的高通量代谢工程。由于重组菌株会混合生产己内酰胺和戊内酰胺，己内酰胺传感器必须对己内酰胺具有高特异性，但此前尚未报道高特异性己内酰胺传感器。本文开发了一种特异性响应己内酰胺的人工核糖开关。该核糖开关采用体外-体内...
微生物可被工程化合成多种生物产品，但生产表型评价仍是设计-构建-测试循环中的常见瓶颈，菌株开发需要反复构建和测试文库。本文提出共生共培养放大生产表型（SnoCAP）方法。通过代谢交叉喂养回路，将目标分子产量转化为高度可区分的共培养生长特性，从而放大产量差异并转化为明显生长表型。作者以大肠杆菌为模型，分别筛选2-酮异戊酸（异丁醇前体）...
人乳寡糖（HMOs）是人乳中具有重要婴儿健康益处的复杂碳水化合物，但其生物合成优化受限于单糖和糖苷键检测通量低。传统色谱/质谱方法通量通常仅为每天数百样品且难以自动化。本文报道一种遗传编码细菌全细胞生物传感器，通过异源表达岩藻糖苷酶实现岩藻糖基化 HMO 结构 2'-岩藻糖基乳糖（2'-FL）和 3-岩藻糖基乳糖（3-FL）的高通量...