基于荧光蛋白的生物传感器为理解植物生物学核心——细胞网络的动态特性——提供了前所未有的定量视角。此类生物报告分子能够可视化细胞调控因子（如Ca2+和H+）以及植物激素的空间与时间动力学，并可在活植物细胞中实时监测膜转运活性。这些工具的发展速度很快，使其越来越灵敏且易于使用；快速扩展的生物传感器工具箱为获得关于广泛植物调控过程的新认识...
谷氨酸棒杆菌是工业生物技术中最重要的底盘菌之一。过去数十年，这种土壤细菌被用于大规模生产 L-谷氨酸和 L-赖氨酸，年产量达约 600 万吨。随着新型基因组编辑方法以及系统生物学和合成生物学工具的引入，谷氨酸棒杆菌的产品谱已从传统食品和饲料产品扩展到化学工业、化妆品和医疗健康领域。近五年来，其工业产品数量几乎翻倍，达到约 70 种天...
直接与被测分子相互作用的遗传编码生物传感器最早于20多年前以钙离子荧光指示融合蛋白形式出现。此后，该技术已发展为多种生物传感器，并被用于提高对植物生理与发育中关键分子时空动态的理解。本综述重点讨论遗传编码钙指示剂，这是目前最多样且最成熟的生物传感器类别，并概述利用钙、pH、活性氧、氧化还原状态、初级代谢物、植物激素和营养元素生物传感...
由蛋白支架与人工小分子组成的化学构建生物传感器，近年来被视为特异性检测并实时监测细胞内多种生物分子或生物事件的重要分析工具。传统半合成生物传感器通常在试管中制备，随后借助显微注射或细胞穿透肽等侵入性方法导入细胞。随着生物正交蛋白偶联技术的快速发展，现已能够在活细胞内直接原位构建此类半合成生物传感器，从而为生命科学研究提供前所未有的工...
序列识别与构象多态性使DNA成为构建纳米器件的重要工具。DNA相关纳米器件基于构象开关原理，可受DNA/RNA序列、pH或温度变化、酶或配体相互作用等因素调控。因此，控制DNA构象变化以获得所需功能，对发展用于基因筛查和分子诊断的DNA杂交生物传感器具有重要意义。为探索富胞嘧啶DNA寡核苷酸随pH变化的构象开关能力及其作为生物传感器...
近年来，荧光蛋白工程与活细胞成像技术的协同进步，推动了用于追踪生命系统多尺度信号动态的遗传编码荧光报告蛋白的发展与应用。这类生物传感器具有特异性、敏感性和通用性，并借助荧光的非侵入、非破坏特性及遗传编码能力，特别适合在活细胞和动物中监测信号过程。过去十年，已有大量荧光报告蛋白被开发，用于追踪第二信使与代谢物动态、酶激活与活性、细胞周...
RNA病毒复制依赖宿主细胞的代谢物与能量。番茄丛矮病毒（TBSV）感染细胞后诱导过氧化物酶体和内质网膜聚集，并形成含有病毒复制酶的膜区室，但其复制所需ATP的来源长期未知。本文发现，TBSV通过病毒复制蛋白p33和p92直接招募宿主糖酵解丙酮酸激酶PK（酵母中为Cdc19p）进入病毒复制区室。被招募的PK在区室内利用磷酸烯醇式丙酮酸...
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...
近几十年来，新材料、纳米技术和跨学科发展推动了生物传感器件创新，使其在健康、安全、食品、医药和环境等领域具有广泛应用。生物传感器利用蛋白质、酶、抗体、适配体等生物大分子作为识别元件，以高选择性和特异性结合目标分子；识别事件引起生物分子结构或界面特征变化，并通过换能器转化为可测信号。荧光光谱因灵敏度高，常用于监测生物相互作用和传感器响...
游离脂肪酸（FFA）家族G蛋白偶联受体（GPCR）因在代谢和炎症中的调控作用而成为潜在药物靶点，但其药理学复杂，研究困难。近年来，能够在活细胞中实时评估生物功能的生物传感器技术显著增强了GPCR药理学与功能研究能力。这些技术包括遗传编码传感器，其通过生物发光或荧光蛋白在刺激下改变发光强度或发射波长来报告受体结合、构象变化、G蛋白激活...
光学传感器是活细胞研究的重要工具，可实时追踪脂质、离子和酶等关键细胞组分的定位、浓度变化或活性。现有探针大多基于荧光，在高端显微镜支持下可提供高空间与时间精度，但要求事件时间尺度与传感器响应时间匹配。过去20年发展出的许多传感器为遗传编码型，其设计多样，应用从简单到复杂。遗传编码传感器在荧光蛋白被发现、其光学性质被工程化改进以及通过...
植物发育与组织和细胞的代谢状态高度互作，当前研究重点在于阐明代谢网络与基因调控网络之间的关联及机制。能够在活体内以高时空分辨率检测小分子的遗传编码传感器，有望成为定量和可视化植物代谢物通量动态的理想工具。本文综述了当前用于测量激素、钙离子和糖等信号分子，以及通过能量等价物和 pH 监测代谢状态的方法。作者区分了直接可逆结合底物的传感...
细胞内 3′-5′-环腺苷酸单磷酸（cAMP）是众多信号转导通路（包括 G 蛋白偶联受体触发通路）下游的主要第二信使之一。数十年来，cAMP 生化检测在基础研究和药物发现中发挥了重要作用，为细胞生理学和制药工业提供了依据。然而，尽管成绩显著，大多数传统 cAMP 检测工具存在共同根本缺陷：测量前必须破坏样品以释放 cAMP。这一瓶颈...
在可持续生物经济中，许多大宗化学品和高价值化合物（包括药物）将由微生物细胞工厂利用可再生原料生产。通过构建多样化基因组库并筛选所需表型，可高效生成这些细胞工厂。然而，现有微生物基因组多样化方法远超筛选和选择最优性能变体的能力。遗传编码生物传感器能够响应小分子结合，并易于与高通量分析结合，有望弥补这一差距。本文综述了生物传感器开发的最...
完全理解G蛋白偶联受体（GPCR）生物学的最后前沿，是在完整生物系统内实时评估GPCR活性、相互作用与信号传导，包括检测受体活性、转运、二聚化、蛋白-蛋白相互作用、第二信使产生及下游信号事件，并具备高空间分辨率和快速动力学读出。基于共振能量转移（RET）的生物传感器在体外和细胞检测中已能实现上述监测，但将其应用于完整动物仍面临困难。...
本文综述了用于溶液相检测的纳米材料双换能器生物传感器。传统生物传感器通常以单一纳米材料作为信号换能器，而双换能器设计通过两种纳米材料或一种纳米材料与有机发光剂协同，可进一步提高灵敏度、选择性和设计灵活性。文章首先介绍量子点、金属纳米粒子、上转换纳米粒子、石墨烯/氧化石墨烯、碳纳米管和碳纳米点等常用纳米换能材料的性质、作用及挑战。随后...
受体酪氨酸激酶（RTKs）结合细胞表面的一类生长因子，并通过胞内酪氨酸激酶结构域及磷酸化调控序列介导广泛发育与出生后细胞过程。激活后，RTKs 招募含 SH2 或 PTB 结构域的信号分子，形成多蛋白复合物，调控增殖、存活、凋亡、迁移、分化、代谢、转录等反应。本章重点阐述 ErbB、Eph、FGF、Kit、MET、MuSK、PDGF...
荧光生物传感器可直接探测活细胞内生化过程的时空动态，已革新细胞内信号转导研究。本综述总结利用生物传感器解析 G 蛋白偶联受体（GPCR）信号通路分子细节的最新进展，并展望该领域未来。GPCR 是 G 蛋白信号起始分子，约 1000 个人类基因编码 GPCR；配体结合诱导受体构象变化，招募并激活异三聚体 G 蛋白，Gα 亚基结合 GT...
环磷酸腺苷（cAMP）和环磷酸鸟苷（cGMP）是广泛存在的第二信使，可将激素和神经递质的神经调质信号转导为特定功能输出。它们的生成、降解和信号传递受到时空调控，以实现高特异性信号转导。遗传编码荧光生物传感器的发展，为在培养细胞和活体动物中以前所未有的时空分辨率研究这些多功能第二信使及其下游效应器提供了有力工具。本综述首先介绍这些荧光...
无试剂生物传感器依赖结合分子与靶标之间的相互作用，利用环境敏感荧光团或 Förster 共振能量转移（FRET）产生荧光信号变化。结合亲和力不仅影响平衡响应，也显著影响动态响应特性。本文建立了用于评价无试剂生物传感器动态性能的动力学模型，并以正弦变化的配体浓度作为输入信号。结果表明，最优设计应使结合基团的平衡解离常数（KD）与预期平...