葡萄糖代谢机制虽已阐明多年，但糖酵解中间代谢物的亚细胞分布、转运与功能仍存在未解问题，需要在活细胞和体内实现高时空分辨率的代谢监测。遗传编码荧光传感器可在活细胞和动物体内特异性、灵敏且时空分辨地监测代谢物，近年已开发数十种葡萄糖代谢物传感器。本文强调追踪糖酵解特定中间代谢物、测量糖酵解通量、监测其时空动态并定量代谢物丰度的重要性，随...
神经退行性tau病以不同纤维状tau聚集体沉积为特征，其刚性核心结构与特定神经病理表型相关。特发性震颤（ET）是一种进行性神经疾病，部分病例伴认知障碍和tau积累。本研究利用基于细胞计数的tau生物传感器检测ET患者tau病理中的tau聚集体构象。该检测通过胞内tau-荧光蛋白融合蛋白从可溶态转化为聚集态，量化脑匀浆中tau朊病毒样...
胰蛋白酶是结直肠癌、胃癌和胰腺癌等多种肿瘤中具有重要诊断价值的潜在生物标志物。为满足快速、低成本和实时检测需求，本研究设计并合成了一种近红外（NIR）敏感方酸染料—肽共轭物 SQ-3 PC，用于通过荧光 ON/OFF 方式灵敏、选择性地监测胰蛋白酶活性。研究还合成并表征了三种不对称方酸染料 SQ-1、SQ-2 和 SQ-3。吸收光谱...
本研究旨在开发一种基因编码生物传感器，用于定量检测Nedd8。Nedd8是一种通过与其他蛋白共价结合调控细胞信号的后翻译修饰蛋白，游离Nedd8与结合态Nedd8平衡失调与多种疾病相关，但目前缺乏直接定量游离Nedd8的方法。作者提出模块化设计策略：以特异性结合靶蛋白的结合域为核心，在结合位点两侧分别连接两个报告域，使靶标结合与报告...
Yamamoto 等报道了一项重要技术进展，利用基因编码的荧光共振能量转移（FRET）ATP 生物传感器，在完整活体肾脏组织中以单细胞分辨率检测细胞内三磷酸腺苷（ATP）水平，包括位于肾脏表面深层的肾小管和血管段。该工作显著推进了既往活体生物传感器研究，使研究者能够机制性地探讨细胞代谢改变、肾脏疾病病理生物学以及药物治疗对不同肾细胞...
细胞内温度是决定生化反应的基本参数。基因编码荧光温度指示剂（GETI）已用于可视化细胞内产热，但为在亚细胞水平捕捉温度变化的时间与位置，仍需提高温度敏感性和细胞器定位能力。本文开发新 GETI gMELT，由供体和受体亚基组成，分别融合青色荧光蛋白（CFP）和黄色荧光蛋白（YFP）作为 Förster 共振能量转移（FRET）对，并...
G蛋白偶联受体（GPCR）是人类基因组编码的最大一类跨膜受体，可响应神经递质、激素、光子等多种胞外刺激。受刺激后，GPCR 激活胞内异三聚体 G 蛋白（Gαβγ），进而将信号传递至效应器并引发细胞反应。由于 GPCR 与 G 蛋白在生理和疾病中的广泛重要性，发展高准确度、适用于相关实验体系的 G 蛋白信号活性测量方法具有重要意义。本...
神经元活动伴随钾离子（K+）从胞内向胞外净流出。尽管胞外 K+ 变化已被充分描述，但由于缺乏相应探针，胞内动态研究较少。本研究表征了基于 FRET 的基因编码 K+ 生物传感器 lc-LysM GEPII 1.0 在体外原代培养神经元和活体小鼠皮层神经元中测量胞内 [K+] 变化的能力。结果显示，lc-LysM GEPII 1.0 ...
布鲁氏菌病是一种需要重视的人畜共患细菌病，现有金标准培养诊断成本高且耗时，最长可达45天。本文报道一种布鲁氏菌蛋白酶生物传感器，有望实现低成本、便携、可由护士或无专业训练临床人员操作的即时检测。研究利用B. melitensis总胞外蛋白酶对特定肽序列的水解活性，通过FRET法从96个短肽底物库中高通量筛选特异性底物。筛选得到两个高...
C-terminal Src kinase（CSK）是Src家族激酶（SFKs）的主要抑制性激酶，通过磷酸化其C端酪氨酸位点调控多种细胞活动。作为胞质蛋白，CSK需被招募至质膜以调控SFKs活性，但其活性调控机制和亚细胞定位仍不清楚。本研究开发了一种基于荧光共振能量转移（FRET）的基因编码生物传感器，用于在活细胞中可视化CSK活性...
生物传感技术通常可提供简便、灵敏且微创的分子分析物检测，但商业化有限，主要因不同分析物需重新配置传感器且高通量能力不足。固定不同生物探针常需定制表面化学以优化偶联、取向和封闭，并防止非特异性相互作用。本文报道一种溶液相生物传感器AptaShield，由工程化DNA适配体组成，可普遍结合荧光标记兔免疫球蛋白G（IgG）的抗原识别位点（...
牛结节性皮肤病（Lumpy Skin Disease, LSD）是由牛结节性皮肤病病毒（Lumpy Skin Disease virus, LSDV）引起的一种法定报告性病毒病，通常伴随生产力下降、不育和死亡等严重经济损失。由于 LSDV 与绵羊痘病毒（SPV）和山羊痘病毒（GPV）在遗传和抗原上具有相似性，传统诊断方法在灵敏度、特...
磷酸兰（PLB）是调节心肌肌浆网钙泵（SERCA）的跨膜微肽，但其物理机制仍不清楚。PLB 降低活性 SERCA 对 Ca2+ 的敏感性，提高泵循环所需 Ca2+ 浓度；但在无 ATP 时 PLB 并不降低 SERCA 的 Ca2+ 结合，提示其并非直接抑制 Ca2+ 亲和位点。传统解释认为 PLB 减慢与 Ca2+ 结合相关的酶循...
基于肽的液-液相分离区室（凝聚体）作为生物材料在生物传感和药物递送等领域受到关注。本研究证明，凝聚体可通过将生物传感器链与靶标链同时富集于凝聚体内部，提高局部浓度，从而为核酸生物传感器提供简单且生物相容的增强介质。作者采用成熟的多精氨酸（R9）-三磷酸腺苷（ATP）凝聚体体系，并结合基于能量转移的 DNA 分子信标，观察到三项关键改...
基因编码荧光生物传感器使活细胞中细胞信号与代谢过程的高时空分辨测量成为可能，已深刻改变相关研究。本文综述了开发新型及增强现有生物传感器的不同策略，重点讨论传感单元与报告单元的设计和优化。作者总结了用于获得结构信息以指导传感器设计的晶体学、小角X射线散射、核磁共振及计算模拟方法，并介绍了基于细菌菌落、细菌裂解液、哺乳动物细胞、微流控和...
神经退行性 tau 病如阿尔茨海默病由脑内 tau 聚集物积累引起。证据表明 tau 可像朊病毒一样传播，细胞和动物能高效传播独特且可传播的 tau 病理，提示存在专门的细胞复制机制，可能反映 tau 种子具有正常生理功能。据此，作者假设健康对照脑中存在种子活性。他们利用新开发的抗 tau 种子单克隆抗体 MD3.1，从 19 名无...
T细胞通过T细胞受体（TCR）介导的复杂信号通路调控适应性免疫应答。嵌合抗原受体（CAR）T细胞疗法将TCR功能结构域与特异性抗体结合，用于肿瘤免疫治疗。本文首先概述当前对T细胞信号通路的认识，以及Western blot、流式细胞术和免疫染色等传统方法；但这些方法多依赖细胞固定或裂解，难以在活细胞中解析具有时空分辨率的动态分子事件...
G蛋白偶联受体（GPCR）是已上市药物最常见的靶点，在生理和病理过程中发挥核心作用。除经典 G 蛋白信号转导外，受体构象、β-arrestin 偏向性信号以及来自质膜以外细胞内位置的信号日益受到重视，下游信号还具有严格的时间和空间区室化特征。荧光与生物发光生物传感器在活细胞中解析 GPCR 信号事件方面发挥了关键作用。为理解现有 G...
量子点材料已被证明是生物传感和生物成像应用的优秀平台。本文合成了由石墨烯量子点（GQD）构成的自驱动微机器人（GQD-MRs），并将其作为非传统动态生物载体，用于DNA的光学“on-the-fly”监测。作为应用演示，GQD-MRs首先通过疏水π-堆积作用与DNA生物标志物（即荧光素酰胺标记的FAM-L探针）进行生物功能化，随后暴露...
小分子或蛋白质与 RNA/DNA 的相互作用常伴随核酸折叠和结构变化，对其生物物理表征有助于理解分子机制。本文提出 kinFRET（动力学 Förster 共振能量转移），一种实时整体 FRET 方法，用于测量结合与折叠动力学。kinFRET 基于 switchSENSE 生物传感技术，利用荧光标记的表面固定 DNA 连接链，在芯片...