生物传感器是合成生物学中调控基因表达的重要工具。配体响应型转录因子可将胞内代谢物浓度与基因表达偶联，用于动态调控和高通量代谢物生产株筛选。本研究建立酿酒酵母WAR1转录调控因子与PDR12启动子构成的有机酸生物传感器，用于检测莽草酸途径产生的对羟基苯甲酸（PHBA），并以绿色荧光蛋白（GFP）表达作为输出。通过将WAR1转录调控因子...
传统空斑试验和免疫焦点试验用于滴定感染性登革病毒（DENV）颗粒时耗时长且劳动密集。本研究开发了一种基于登革病毒 NS3 蛋白酶活性的 DENV 蛋白酶活性检测系统（DENPADS），用于在细胞中可视化 DENV 感染。作者构建了稳定表达传感模块的 BHK-21 细胞系，该模块由 DENV-2 NS4B 与 NS5 前 10 个 N...
丙二酰辅酶A（malonyl-CoA）是脂肪酸、多酮体、芪类和黄酮类等天然产物生物合成的重要前体，但大肠杆菌胞内 malonyl-CoA 水平较低，限制了其合成应用。为快速鉴定能够增强 malonyl-CoA 合成的菌株，作者开发了一种全细胞生物传感器。该传感器基于可响应三乙酸内酯（TAL）的突变 AraC 转录调控蛋白 AraC-...
合成生物学与代谢工程使微生物细胞工厂能够生产燃料、化学品和药物，但代谢物浓度相关表型的测量与精确控制仍是瓶颈。遗传编码小分子生物传感器可将代谢物浓度与可测量或可执行输出相耦合，是解决该瓶颈的重要工具。本文综述了代谢工程中小分子生物传感器的设计、优化与应用，重点讨论转录因子（TF）型传感器的优化策略。围绕中心法则，遗传编码小分子传感器...
过去二十年，通过重构细胞代谢以可持续生产化学品、燃料和药物的微生物细胞工厂工程能力快速发展，微生物基因组编辑的速度与精度不断提高，使更复杂的细胞工厂设计得以实现和验证。然而，与细胞工厂构建方法相比，用于高通量测试新工程细胞工厂性能的方法明显滞后，制约了整体生物制造流程。为此，需要开发能够在多重条件下筛选和选择最优细胞工厂设计的新技术...
Octet 生物层干涉（BLI）生物传感器为表征抗体-抗原相互作用提供了高通量替代方案，可补充表面等离子共振（SPR）和 SPR 成像（SPRi）平台。然而，Octet 在准确、可重复测定单克隆抗体（mAb）结合速率常数时，常受分析物再结合和传质限制（MTL）影响。本研究针对上述问题，系统优化了 Octet HTX 上 mAb-抗原...
微生物化学品生产常依赖高效合成酶，这些酶会与宿主原生代谢相互作用，影响细胞适应性和产物产量。然而，现有生产优化多基于未受代谢扰动的野生型数据，难以反映特定合成条件下的真实瓶颈。本文提出遗传-代谢耦合策略，将大肠杆菌中硫胺素二磷酸（TPP）合成与细胞适合度关联，利用合成RNA生物传感器在单细胞水平定量反映胞内TPP浓度。作者构建携带T...
在菌株工程的“设计—构建—测试”循环中，快速产物检测与筛选策略仍是关键瓶颈，并限制整体通量。本文系统总结了多种将目标化学物浓度转换为易于测量的吸光度、发光和荧光信号的高通量检测模式。具体涵盖蛋白基生物传感器（包括转录因子、荧光蛋白和G蛋白偶联受体）、核酸基生物传感器（RNA核糖开关、RNA菠菜和DNA适配体）、偶联酶反应、生物正交化...
了解细胞内代谢物水平对于理解代谢流分布至关重要。关键代谢物的全细胞生物传感器可实时监测重要代谢途径中的碳流，从而指导微生物代谢工程改造。然而，由于缺乏针对目标代谢物的生物传感器，其应用受到限制。本研究通过筛选尿酸响应型调节蛋白 HucR 结合口袋的位点饱和突变文库，开发了一种特异性响应莽草酸（shikimic acid）的遗传编码全...
本研究旨在建立一种基于转录组分析的通用方法，用于发现对特定胁迫或代谢物敏感的生物传感器，以满足微生物细胞工厂体内传感与动态代谢调控的需求。该方法被成功应用于1-丁醇传感器的发现。通过对暴露于1-丁醇、1-丙醇和乙醇三种短链醇的酿酒酵母进行全基因组转录组分析，筛选出仅在1-丁醇处理下差异表达的基因。从候选基因中进一步鉴定并表征了两个对...
随着高通量细胞检测需求增加，细胞基生物传感器的微型化成为研究重点。本文综述了通过微加工技术制备细胞微阵列的方法，以实现多路复用和高通量细胞检测。细胞可固定于平面基底形成位置阵列，或固定于微粒形成悬浮阵列。文中介绍了光刻、软刻、微流控、介电电泳等二维细胞图案化方法，以及量子点、荧光染料、硅胶体晶体微球和图形编码微粒等悬浮阵列编码策略。...
肿瘤坏死因子受体1（TNFR1）是结合肿瘤坏死因子α或淋巴毒素α并调控炎症通路的跨膜受体。这些配体上调与类风湿关节炎、多发性硬化、克罗恩病等炎症和自身免疫疾病相关。现有抗TNF治疗通过清除游离配体减轻症状，但可能意外抑制配体与脱靶受体结合，引起狼疮样疾病和淋巴瘤风险。因此需要特异性靶向受体而非配体的新小分子。本研究构建了表达于活细胞...
当前工业药物发现通常以候选药物库对靶标分子进行经验性筛选。相比平衡法，高通量动力学测量能够分别获得结合亲和力的各动力学组分。尽管仪器硬件提升了通量，数据处理仍存在三个瓶颈：现有商业分析模型未考虑导致体外生物物理质量差的分子固有性质；通过用户界面处理数据耗时且不利于并行采集；尚无商业方案能在动力学竞争分析中纳入历史动力学数据。本文提出...
细胞周期依赖性激酶（CDK）是癌症治疗的重要靶点，但临床候选抑制剂多靶向 ATP 结合口袋，选择性有限且易产生耐药。靶向蛋白激酶构象可塑性的别构抑制剂具有更好前景。本文针对 CDK2 激酶 T-loop 动态，构建了一种荧光生物传感器 CDKCONF，可特异性报告 CDK2 激活环构象变化，并对 ATP 或 ATP 竞争性抑制剂不敏...
生物发光共振能量转移（BRET）是一种用于分析蛋白质-蛋白质相互作用（PPIs）的技术。其独特之处在于共振能量由荧光素酶供体产生：海肾荧光素酶（Renilla luciferase）催化底物海肾素（coelenterazine）发生氧化脱羧，从而激发荧光受体，避免了荧光共振能量转移（FRET）中常见的自发荧光、光漂白和光散射等问题。...
天然产物在医药、食品和饮料等领域日益普及，但其毒性与安全问题备受关注。本文报道了一种基于生物传感器的两相药理学谱（BTPP）方法，用于发现、监测和控制受体靶向天然产物。BTPP 采用共振波导光栅（RWG）生物传感器，对细胞内动态质量重分布（DMR）进行无标记、非侵入检测；DMR 是受体受到毒物刺激后蛋白重分布所致的现象。该方法不仅能...
基于蛋白的荧光生物传感器可在生理条件下高灵敏定量检测生物分子或药物，但传统构建方法通常依赖高分辨结构或氨基酸序列信息，限制了其在结构复杂膜受体中的应用。为克服该限制，作者发展了将配体导向化学与双分子荧光淬灭-恢复（BFQR）系统相结合的新策略，可将多种膜结合受体转化为“开启型”荧光传感器。本文以 γ-氨基丁酸 A 型受体（GABAA...
随着生物治疗领域快速发展，对高通量、高灵敏度无标记生物传感器的需求增加。本文评估 Sierra Sensors 的分子亲和力筛选系统 MASS-1 在 Regeneron 治疗性抗体发现中的应用潜力。MASS-1 是基于表面等离子共振成像（SPRi）的八通道平行流生物传感器，可同时向八个独立流动通道进样，每个通道含两个可寻址检测点，...
木质素是生物炼制中生产香兰素等高附加值化学品的潜在原料，但缺乏快速检测木质素降解产物的高通量方法，限制了定向进化等酶工程策略。本研究通过 RNA 测序分析亚致死浓度香兰素处理的 E. coli 细胞，鉴定到香兰素诱导启动子，并将 very green fluorescent protein（vGFP）基因置于该启动子下游，构建遗传编...
成功进化代谢物生产微生物需要在短时间内获得所需性状的高通量筛选方法。本研究开发了一种转录因子驱动装置，将代谢物响应元件与选择模块相结合。该装置能够特异性感知胞内 L-苯丙氨酸（L-Phe），并将该信号转化为可观察表型。应用该装置，通过从核糖核苷酸结合位点（RBS）库和随机突变库中筛选高产表型，成功提高了 L-Phe 产量。此外，鉴定...