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...
产物抑制是工业酶应用中的常见瓶颈，传统方法需对大量突变体在多种底物和产物浓度下进行体外测试，且结果可能与全细胞代谢环境不一致。本研究针对工业相关酶莽草酸丙酮酸裂解酶（UbiC）建立了一种高通量体内筛选方法，以缓解其产物抑制。作者首先在工业宿主假单胞菌 Pseudomonas putida KT2440 中工程化了一个高特异性、遗传编...
水杨酸可由常见代谢中间体莽草酸生物合成，并应用于制药和生物塑料工业。虽然针对莽草酸通路的代谢工程已实现多种芳香化合物合成，但通路组分相对表达水平如何影响水杨酸产量仍不清楚，且某些可提高产量的宿主基因缺失难以预测。本研究利用水杨酸响应型转录因子优化重组大肠杆菌中莽草酸/水杨酸通路基因的表达水平，并筛选染色体转座子插入库以提高水杨酸产量...
RAF 激酶是 RAS-RAF-MEK-ERK 信号通路的关键组分，BRAF 突变黑色素瘤患者使用 dabrafenib 和 vemurafenib 等抑制剂可获得显著疗效，但长期用药可出现耐药、肿瘤复发及皮肤鳞状细胞癌等不良反应，部分机制与抑制剂诱导的 RAF 二聚化及 ERK 悖论激活有关。本文利用分裂增强叩甲荧光素酶（Emer...
NADH与NAD+是驱动数百种生化反应的关键辅因子，其比值是反映细胞代谢状态的重要标志。传统方法测定NADH/NAD+比值操作繁琐、易产生误差，且不适合高通量筛选。本文报道了一种基于氧化还原响应型细菌转录因子Rex的遗传编码比率型NADH/NAD+生物传感器。作者将枯草芽孢杆菌Rex（B-Rex）移植到大肠杆菌中，并通过调节B-Re...
受体酪氨酸激酶（RTKs）在细胞间通讯、增殖分化、存活和组织稳态等细胞生物学过程中发挥关键作用，并与癌症和神经发育障碍等疾病相关。配体激活的 RTK 通过 RTK 上的磷酸酪氨酸（p-Tyr）基序和适配体蛋白中的磷酸酪氨酸结合域（如 SH2 域）招募适配体蛋白。由于 RTK/适配体组合众多，标准化比较受体活性具有挑战。本文在细胞实验...
针对目标代谢物的生物传感器可为代谢工程提供高通量筛选工具，但已充分表征的代谢物感知模块往往缺乏，限制了稳健生物传感器的快速开发。本研究提出转录组辅助代谢物感知（TAMES）策略，通过比较目标代谢物产生株与非产生株的选择性转录组分析，并结合定量逆转录 PCR（RT-qPCR）验证，筛选响应目标代谢物的感知模块。将该策略应用于 3-脱氢...
Corin（心房利钠肽转化酶，EC 3.4.21）是表达于心肌细胞的跨膜丝氨酸蛋白酶，通过切割并激活前心房利钠肽（pro-ANP）生成有生物活性的 ANP，发挥心脏保护作用。作者此前建立了稳定表达 ANP 受体、cGMP 依赖性阳离子通道和钙敏感发光蛋白 aequorin 的 ANP 报告细胞系，用于实时检测 cGMP。本文报道了用...
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，...
本文报道了一种用于生物技术研究的高通量一次性多相微生物反应器（MBR），工作体积为550 μL，并集成在线传感器。文章描述了其设计、制造、在线传感器集成与操作方式。该MBR为微气泡柱生物反应器（μBC），通过主动气动鼓泡供氧，保证足够的液相体积传质系数（kLa）和培养液均质化。反应器内集成微型pH、溶解氧（DO）、光学密度（OD）和...
在细胞间通讯中，物理与生化线索的相互作用对信息交换和功能协调至关重要，但在单个活细胞中可视化细胞间信号动态仍具挑战。本文报道一种基于激光微剪刀和 Förster 共振能量转移（FRET）显微镜的光学方法，用于研究细胞间信号传递。首先，利用高通量筛选平台开发了高灵敏 FRET 生物传感器 SCAGE，用于监测细胞间相互作用和信号级联的...
过去数十年，生物工程师为再生医学开发了多种生物材料。筛选技术的发展对于理解细胞在生物微环境中的复杂行为至关重要。传统体外细胞行为筛选方法在准确性、可重复使用性、劳动密集性和通用性方面存在局限，因此基于体外筛选平台的药物筛选和毒理学测试效果有限。近年来，高通量筛选平台通过重建人体组织的生物物理和生化微环境，并实现对微型化人体组织行为的...
动态质量再分布（DMR）和细胞介电谱（CDS）是无标记生物传感技术，可实时记录活细胞暴露于胞外或胞内刺激后产生的整合性细胞响应，尤其捕捉伴随细胞形态改变和/或靠近传感器处分子运动的信号通路。本文报道了直接刺激G蛋白激活内向整流钾（GIRK）通道时，也能产生稳健的DMR和CDS信号；GIRK通道参与心脏和脑组织兴奋性调节。作者以小分子...
核因子κB（NF-κB）调控介导炎症反应和细胞增殖的多种基因表达，是慢性炎症疾病和癌症的治疗靶点。本文研究了一种用于检测NF-κB的新型分子结合方案，利用Ig-κB DNA探针与染料和猝灭剂荧光团的亲和力，并通过与Ig-κB DNA互补序列竞争验证其特异性。作者建立了归一化方程，以消除不同初始荧光团浓度和背景噪声带来的负面影响，并发...
生物催化环化对高效合成ε-己内酰胺和δ-戊内酰胺等生物基化学品具有重要意义。为筛选内酰胺生物合成中的环化酶，作者开发了己内酰胺检测型遗传酶筛选系统（CL-GESS）。该系统采用粪产碱杆菌（Alcaligenes faecalis）来源的调控蛋白 NitR，使其能够特异性识别内酰胺化合物，并避免内酰胺生物合成中间体的干扰。作者通过系统...
我们开发了采用红色移位荧光蛋白（FP）的荧光共振能量转移（FRET）生物传感器，以改善时间分辨（荧光寿命）荧光测量性能。与绿色/红色 FRET 对（GFP/RFP）相比，发射波长更长的橙色和栗色荧光蛋白（OFP/MFP）提高了高通量筛选（HTS）中的 FRET 效率、动态范围和信噪比。将 OFP 和 MFP 融合到人心脏钙泵 SER...
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...
保留利用选择性钩（RUSH）系统可通过将荧光生物传感器（如绿色荧光蛋白 GFP 与链霉亲和素结合肽 SBP 的融合蛋白）定位到不同亚细胞区室，并利用过量链霉亲和素将其保留；加入生物素后竞争性破坏该相互作用，使生物传感器从“钩”上释放。本研究构建稳定共表达可溶性分泌型 SBP-GFP（ss-SBP-GFP）和内质网腔定位链霉亲和素的人...
丙二酰辅酶A（malonyl-CoA）是聚酮类、苯丙素类等高价值化合物合成的重要中心代谢物，但其胞内水平常受必需代谢竞争限制。现有malonyl-CoA生物传感器多依赖转录因子，仅在大肠杆菌和酿酒酵母中验证，且需多步信号转导。本文报道一种适用于大肠杆菌、铜绿假单胞菌和谷氨酸棒杆菌的比色malonyl-CoA生物传感器。作者将产生红色...