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...
许多已上市蛋白激酶抑制剂通过稳定激酶靶点的非活性构象发挥高选择性，因此亟需通用方法识别稳定非活性构象的抑制剂。本研究建立了一种高通量二次谐波产生（SHG）构象检测法，用于筛选稳定白细胞介素-2诱导T细胞激酶（ITK）非活性构象的小分子。作者构建ITK激酶结构域单点半胱氨酸突变体，用SHG活性染料SHG2-maleimide标记，并通...
启动子是DNA序列中响应转录因子并启动特定基因表达的小区域。启动子工程生物传感器可通过转录因子识别多胺、糖、内酰胺、氨基酸、有机酸或氧化还原分子，从而激活或抑制基因表达；但相关应用报道较少。本综述介绍了利用人和细菌遗传启动子阵列构建启动子-基因工程生物传感器的策略，并讨论其在高通量筛选（HTS）分子药物、膜蛋白定位与核质穿梭机制研究...
近年来，重组细胞中 D-葡萄糖酸（GA）生产取得进展，亟需高通量筛选和选择性能更优的重组细胞或生物催化剂。2016 年已开发一种在大肠杆菌中将 GA 浓度转化为荧光信号的生物传感器系统，但其应用报道较少。本文建立了一种不依赖微流控平台等专用装置的有效高通量筛选方法，并进行初步应用。在该一锅双菌株体系中，含有 GA 合成途径的产酸菌或...
微小RNA（miRNA）是调控基因表达的重要非编码RNA，疾病相关miRNA表达调控对基础研究和治疗均具有重要意义。本文提出一种高通量筛选策略，用于在活细胞中鉴定调控miRNA表达的小分子。该策略基于由肽核酸（PNA）和纳米氧化石墨烯（NGO）组成的新型生物传感器，通过定量荧光信号实时监测活细胞内目标miRNA水平，并同时观察与mi...
三乙酰酸内酯（TAL，4-羟基-6-甲基-2-吡喃酮）可转化为多种高价值产品，具有通过代谢工程开发为可再生平台化学品的潜力。作者此前基于大肠杆菌 AraC 调控蛋白构建了内源 TAL 传感器，并用于筛选 2-吡喃合成酶（2-PS）变体文库，在大肠杆菌中鉴定出使液体培养 TAL 产量提高最多 20 倍的变体。本研究进一步优化该传感器-...
针对2型糖尿病和肥胖，GPR119因主要表达于胰腺和胃肠道并可能参与葡萄糖稳态而成为药物发现靶点。已有多个先导化合物系列，但药效终点不清，部分系列出现疗效下降和明显毒性。为此，本研究开发并优化了一种高通量筛选策略，用于鉴定人源GPR119的新型强效正向调节剂。该策略采用活细胞检测格式，利用环核苷酸门控通道（CNG）作为细胞内cAMP...
紫外线辐射（UV-R）可造成皮肤基因毒性和光老化，防晒霜常用于减轻损伤，但其中合成屏蔽剂可能带来环境危害。天然来源物质有望替代有害防晒化学品，但大量样品筛选繁琐，且常需单独进行基因毒性评估。本文报道一种基于重组大肠杆菌 DPD2794 生物传感器的微孔板技术，用于筛选紫外线防护物质。该菌携带 recA'::lux 报告系统，可在 D...
我们建立了一种新型时间分辨荧光共振能量转移（TR-FRET）检测方法，用于筛选能调节肌动蛋白-肌球蛋白结构与功能的小分子。肌动蛋白-肌球蛋白相互作用对细胞产生力和运动至关重要，其突变或翻译后修饰可破坏肌肉功能并导致危及生命的综合征。本研究将荧光供体连接在肌动蛋白 C374 位点，将非荧光受体连接在包含骨骼肌肌球蛋白必需轻链长亚型 N...
布氏锥虫引起人类非洲锥虫病，在哺乳动物宿主体内依赖葡萄糖代谢产生ATP。靶向葡萄糖摄取或调控是潜在治疗策略，但现有方法难以鉴定葡萄糖摄取与调控抑制剂。本文建立了一种基于FRET流式细胞术的高通量筛选方法，用于鉴定降低锥虫细胞质和糖体葡萄糖水平的小分子干扰物。作者将基因编码的荧光蛋白葡萄糖传感器FlII12PGlu-600µ分别表达于...
L-丝氨酸广泛用于医药、食品和化妆品工业。虽然谷氨酸棒杆菌可从糖直接发酵生产 L-丝氨酸，但产量仍较低。本研究以工程菌 C. glutamicum ΔSSAAI 为出发菌株，采用大气压室温等离子体（ARTP）诱变提高 L-丝氨酸产量，并基于特异性响应 L-丝氨酸的转录因子 NCgl0581 构建新型荧光生物传感器，通过荧光激活细胞分...
本研究建立了一种基于甜菜碱素（betaxanthin）合成的全细胞生物传感器筛选方法，用于高通量筛选酿酒酵母 L-酪氨酸（L-tyrosine）高产突变株。将编码酪氨酸羟化酶（TH）和 DOPA 双加氧酶（DDC）的基因导入酿酒酵母 BY4741，构建传感器菌株 NK-WT1。当培养基中存在 L-酪氨酸时，TH 和 DDC 催化其转...