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...
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...
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...
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...
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，...
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...
适配体的快速发展有助于应对广泛存在的农药污染带来的挑战。筛选高性能适配体是成功构建生物传感器的先决条件，而进一步修饰适配体以增强活性可显著提高检测性能。本文首先综述了农药适配体的先进筛选策略，包括保持目标天然结构的固定化筛选、基于纳米材料的非固定化筛选、毛细管电泳-指数富集系统进化(CE-SELEX)、计算机虚拟筛选、高通量筛选以及...
微生物可将廉价可再生底物转化为高价值代谢物，但代谢通路优化仍受复杂生物学限制。遗传编码生物传感器可检测代谢物浓度或环境变化，并将输入转化为可测量或可执行输出，为复杂通路优化提供调控与监测工具。本文综述转录因子（TF）和核酸类生物传感器在代谢工程动态调控与高产菌株筛选中的最新进展。TF 传感器在配体结合后发生构象变化，调控启动子结合，...
乳酸是食品、农业、化妆品、医药和化工领域重要的平台化合物，也是生产可降解聚乳酸（PLA）的关键单体。本文综述了利用微生物发酵生产光学纯L-乳酸和D-乳酸的研究进展，重点讨论乳酸菌、芽孢杆菌目细菌、丝状真菌及代谢工程菌株在不同碳源上的发酵性能。文章评估了木质纤维素、甘油、C1气体和农食品工业副产物等替代底物的应用，以及非灭菌发酵、固定...
Hippo信号网络依赖蛋白-蛋白相互作用（PPI）传递信号，调控器官大小、细胞增殖与分化、肿瘤发生等过程。当前研究旨在解析上游Hippo组分的复杂调控并寻找癌症治疗靶点，但亲和纯化质谱（AP-MS）等传统方法尚不足以实现这些目标。本综述介绍近期利用荧光素酶生物传感器研究Hippo通路的新方法。这些传感器可在体外使用纯化传感器蛋白，也...
转录因子型生物传感器（TFB）常用于代谢物检测、适应性进化与代谢通量调控。然而，面向合成生物学应用设计高性能 TFB 仍具挑战。天然 TFB 常因响应时间慢、动态范围、检测范围、灵敏度和选择性不匹配，难以满足实时检测需求；此外，复杂动态调控网络的设计与优化耗时费力。本综述重点介绍 TFB 在代谢物定量、高通量筛选、适应性进化和动态代...
高价值多糖通常由野生型或代谢工程微生物宿主通过发酵生产。这些宿主作为细胞工厂，将单糖或淀粉等碳水化合物转化为具有生物活性的多糖。因此，开发有效的体内高通量方法筛选能够高水平合成目标多糖的细胞具有重要意义。单色或双色荧光标记、荧光猝灭以及生物传感器等策略可用于细胞库分选，适用于工业工程菌株驯化和工程细胞中多糖合成代谢通路的优化。同时，...
在酵母中合成天然产物已借助密集的代谢工程努力取得显著进展。特别是用于基因回路动态控制的转录因子（TF）生物传感器，可促进天然产物合成中的菌株评价、高通量筛选（HTS）和适应性实验室进化（ALE）。本综述总结了针对天然产物合成核心中间体的若干 TF 生物传感器的最新进展，这些中间体涉及三条重要途径，即脂肪酸合成途径、莽草酸途径以及甲基...
天然产物及其衍生物具有丰富化学与生物多样性，但传统工程化改造其生物合成通路以提高产量和获取非天然衍生物，需要精确理解酶促过程。基于变构转录因子（allosteric transcription factor, aTF）的高通量筛选平台可克服筛选瓶颈，用于在大量通路/菌株变异体中搜索。本文描述工程化变构转录因子生物传感器的开发与应用，...