基因调控网络（GRN）的建模与模拟对于理解生物过程、预测系统行为、解释实验数据和指导合成系统设计至关重要。在合成生物学中，GRN 是实现复杂功能设计与控制的基础，但 GRN 模拟往往耗时且需要专门知识。为此，作者开发了 GRN_modeler，一个具有图形用户界面的友好工具，使无编程经验的用户也能创建现象学模型，同时为高级用户提供命...
精确而动态的转录调控是合成生物学构建稳健基因线路和可编程细胞系统的基础，但现有调控工具常受泄漏转录和可调性不足限制，尤其在高表达或复杂遗传背景下。本研究建立了一种 CRISPRi 辅助基因开关平台，将转录因子型生物传感器与 V-A 型 FnCas12a CRISPR 系统整合。该平台利用 FndCas12a 的 RNase 活性，直...
丙二酰辅酶A（malonyl-CoA）是脂肪酸/醇、黄酮类化合物和多酮类等工业价值产物生物合成的主要前体，但其在多数微生物宿主中胞内含量有限，制约了相关化学品生产。为此，作者提出一种多水平优化工作流，利用现代代谢工程技术系统提高 Pseudomonas putida 中 malonyl-CoA 水平。该工作流包括通过基因组尺度模型和...
乳酸是合成聚乳酸（PLA）的重要单体，也是替代石化塑料的关键原料。为获得高滴度、高速率和高产率的乳酸生产菌株，需要高效乳酸合成途径及影响乳酸生产与耐受性的遗传靶点。本研究首先将基于 LldR 的 D-乳酸生物传感器应用于 Zymomonas mobilis，通过筛选强 GFP 荧光突变株，获得 D-乳酸产量可能增加的菌株。随后，将该...
在复杂微生物组中将基因表达限制于相关细菌物种是一个未解决问题。在人类微生物组背景下，一种理想的靶标代谢活性是葡萄糖醛酸利用酶（GUS），其参与人体胃肠道中葡萄糖醛酸化化合物的毒性再激活，包括化疗药物伊立替康。我们利用细菌中 GUS 酶分布的差异来区分具有 GUS 活性的细菌，并将葡萄糖醛酸响应型 GusR 转录因子重新用作生物传感器...
随着代谢途径和合成生物学工具快速发展，微生物生物制造中如何最优重连代谢通量并加速高通量表型筛选仍是挑战。本文建立了生物传感器辅助可滴定 CRISPRi 高通量（BATCH）筛选方法，将可滴定错配 CRISPR 干扰与生物传感器介导的高产表型筛选结合，用于大肠杆菌。作者首先开发可编程错配 CRISPRi，通过单管 sgRNA 池（每个...
乙酸耐受对利用含高浓度乙酸的木质纤维素水解物构建稳健细胞工厂至关重要。本研究基于酿酒酵母内源转录因子 Haa1 构建乙酸生物传感器，用于筛选 CRISPRi 酵母菌株库；该库中 dCas9-Mxi 分别抑制每个必需或呼吸生长必需基因。通过流式细胞分选富集了乙酸保留更高的细胞群体，并证明这些高生物传感器信号细胞对乙酸更敏感。基于生物传...
全细胞生物传感器因可再生、环保和生物相容性，被视为化学与物理生物传感器的替代方案，但基于全细胞传感器的非侵入性尿液葡萄糖检测仍缺乏。本研究表征了葡萄糖诱导启动子 PI，并进一步利用三种遗传效应器——核酶调节子 RiboJ、CRISPR 干扰（CRISPRi）和质粒驱动 T7 RNA 聚合酶（PDT7）——提升传感性能，开发基于荧光信...
利用酶表达生产目标化学品时，酶活筛选至关重要。本研究提出一种改进耗时费力的酶筛选流程的方法。通过 CRISPRi 系统使用不同 sgRNA 靶向编码碳酸酐酶 can 的必需基因，实现细胞生长控制（CRISPRi::CA）。CRISPRi::CA 构成一种全细胞生物传感器，可监测 1%–5% 的 CO2 浓度。基于 CRISPRi::...
代谢工程中动态通路控制的关键在于人工调控系统组分可调节。本文设计并构建了一种血红素响应调控系统，包含血红素生物传感器 HrtR 和 CRISPR 干扰（CRISPRi），用于在维持胞内血红素稳态的同时调控化学品合成。通过半理性设计和 HrtR 位点饱和突变，获得一系列具有不同灵敏度和阈值的工程化生物传感器；血红素滴定和分子动力学模拟...
动态调控是微调代谢通路、最大化目标产物合成的有效策略，但同时实现目标代谢模块的自主上调与下调仍具挑战。本研究将基于 CRISPRi 的 NOT 门与关键代谢物氨基葡萄糖-6-磷酸（GlcN6P）的新型生物传感器相结合，构建了自主双控（autonomous dual-control, ADC）系统。该系统通过感知枯草芽孢杆菌胞内 Gl...
能量代谢不足或失调可能参与多种遗传性、退行性疾病、癌症甚至衰老。ATP 是细胞中央能量载体，但调控 ATP 水平的关键通路尚未系统阐明。作者将富集线粒体基因的池化 CRISPRi 文库、荧光生物传感器和流式细胞分选（FACS）结合，建立高通量遗传筛选，用于检测活人细胞中 ATP 浓度。该策略鉴定出此前未知参与能量代谢的基因。多数线粒...
在构建和表征用于霍乱弧菌检测的全细胞生物传感器过程中，作者采用两种核心技术：利用Gibson等温组装反应组装PCR扩增的质粒片段（DNA parts），并利用微孔板荧光读数对工程化大肠杆菌菌株进行表征。总体流程为：先在计算机中设计DNA片段，再通过等温组装构建质粒，随后转化至大肠杆菌，最后使用微孔板读数仪评估菌株表现。由于传感器设计...
本研究开发了一种体外概念验证的“感知-杀灭”系统，利用合成生物学方法在野生型大肠杆菌中靶向霍乱弧菌。工程化大肠杆菌通过霍乱弧菌群体感应分子 CAI-1 特异性识别病原菌，并响应表达裂解蛋白 YebF-Art-085，使宿主自裂解释放杀菌蛋白 Art-085，从而杀灭霍乱弧菌。作者分别表征了 YebF-Art-085 与 Art-08...