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...
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...
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...
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...
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...
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 -...
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...
血红素在医药和食品领域应用广泛，但其生物合成受多基因表达水平、复杂调控机制和酶活性低等因素限制。本文报道了一种基于血红素响应蛋白 HrtR 的血红素生物传感器引导筛选策略：将 HrtR 的 DNA 结合位点 HrtO 置于四环素外排基因 tcR 上游，使大肠杆菌胞内血红素浓度与四环素抗性/细胞存活建立可定量联系。利用该体系，从随机核...
谷氨酸棒杆菌是重要的工业微生物细胞工厂，广泛用于生产多种高附加值化学品。腐胺（putrescine）可缩合成工业塑料尼龙-46，是重要的平台化合物。为加速腐胺高产菌株的设计—构建—测试循环，本研究在大肠杆菌来源转录因子 PuuR 基础上，于谷氨酸棒杆菌中构建了腐胺特异性生物传感器 pSenPuuR。该传感器由 PuuR、响应启动子和...
乙酰丙酸（levulinic acid, LA）是可用于生产燃料添加剂、香料、聚合物等的高价值平台化学品。本研究提出利用木质素和聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）单体构建 LA 生物合成路径，并开发了一种响应 LA 的遗传编码生物传感器。该传感器采用 Pseudomonas putida KT2440 的 LvaR 转录调控因子作为识别...
全细胞生物传感器可用于抗菌药物发现，原则上可识别作用于特定高价值通路的抑制剂。已有多种细胞壁合成抑制剂（CWBIs）生物传感器，但特异性或敏感性不足，且大多未作为初筛工具严格评估。本文构建并验证了多种金黄色葡萄球菌 CWBI 生物传感器，证明其可特异、灵敏地发现 CWBIs。传感器由金黄色葡萄球菌启动子（PgltB、PilvD、Pm...
放线菌是重要的次级代谢产物生产菌，在抗生素等工业发酵中具有巨大应用潜力。然而，工业放线菌菌株工程长期受限于低效、费力的平板/摇瓶筛选流程，亟需产物驱动的高通量筛选方法。本研究将全细胞生物传感器与微流控平台相结合，建立了用于筛选放线菌的全细胞生物传感器-生产者共培养微流控平台（WELCOME）。在 WELCOME 中，作者开发了基于 ...
基于转录因子（TF）的生物传感器有望成为高通量筛选生物催化系统的重要工具，但多数天然 TF 仅在狭窄配体浓度范围内响应，限制了应用。本研究利用枯草芽孢杆菌抑制型转录因子 BsNadR 及其靶启动子，在大肠杆菌中构建了异源烟酸生物传感器。通过易错 PCR（EP-PCR）介导的脱敏工程，将 BsNadR 对烟酸和 DNA 的结合亲和力降...
短链醇的生物合成是替代石油基燃料的碳中性途径，但大规模菌株筛选长期受限于气相色谱、液相色谱等繁琐分析。本文以假单胞菌 Pseudomonas putida GPo1 的转录因子 AlkS 及其同源启动子 PalkB 为基础，通过错误 PCR 随机突变、流式分选富集和位点饱和突变等定向进化策略，构建并表征了可识别正丁醇、异戊醇、异丁醇...
非洲锥虫病是流行区人类和动物健康的重大问题，现有化疗存在毒性、给药困难、疗效不足和耐药等问题，亟需新药。为加速新化学实体发现，需要稳健、简单、经济的高通量全细胞检测。作者构建了布氏锥虫布氏亚种（Trypanosoma brucei brucei）血期生物发光报告细胞系，使其稳定组成型表达热稳定红色偏移荧光素酶（RE9HLUC）。该细...
细胞色素P450酶（P450s）是广泛存在的血红素-硫醇蛋白超家族，在代谢网络和次级代谢中起关键作用，但其在酿酒酵母中表达水平低、活性不足是研究与应用的主要瓶颈。为提高P450s在酿酒酵母中的功能表达，本研究将拟南芥cDNA文库在产生甜菜碱的酵母菌株yJS1256中过表达，并利用该菌株作为生物传感器进行高通量筛选。筛选鉴定出AtGR...
本文报道了一种用于鉴定具有胰岛素分泌调节活性植物提取物的高通量筛选方法。作者利用稳定表达胰岛素–海肾荧光素酶融合蛋白（Ins-GLuc）的小鼠 MIN6 β 细胞，在活细胞水平定量胰岛素分泌。通过检测细胞上清中 GLuc 与底物 coelenterazine 反应产生的化学发光，评估超过 1100 种水溶性植物提取物和合成参照化合物...