Focus on biosensors: Looking through the lens of quantitative biology.
近年来，植物生物学家为在活体内定量分子与分子事件，开始以遗传编码荧光生物传感器（GEFBs）补充传统报告系统。这类传感器可直接感知分析物，使测量达到单细胞水平并随时间动态追踪。此类数据对数学建模者具有重要价值，因为更准确的测量可指导模型构建与参数化。合成生物学进展加快了传感器开发速度，同时表达光谱兼容的多种传感器现已允许对信号网络中...
Ratiometric Fluorescent Biosensor Based on Forster Resonance Energy Transfer between Carbon Dots and Acridine Orange for miRNA Analysis.
miRNA表达水平与恶性肿瘤病理过程高度相关，血清中miRNA异常表达可作为肿瘤细胞存在的可靠证据。本文提出一种基于荧光团间Förster共振能量转移（FRET）的比率荧光生物传感器，用于检测结直肠癌特异性miRNA（miR-92a-3p）。首先利用羧基修饰SiO2微球从血清中分离miRNA；随后miRNA加入检测体系引起供体吖啶橙...
Graphene oxide and fluorescent aptamer based novel biosensor for detection of 25-hydroxyvitamin D
为维持健康代谢状态，维生素D主要以25-羟基维生素D3（25(OH)D3）形式储存，对骨骼强化和钙稳态重要，因此需要检测血清水平。现有25(OH)D3定量方法成本较高，亟需低成本、高灵敏检测方法。本研究利用适配体和氧化石墨烯（GO）开发了一种经济且敏感的传感器。适配体为对靶标敏感的寡核苷酸，GO二维纳米片提供优异淬灭表面。5'端荧光...
Nonenzymatic DNA-Based Fluorescence Biosensor Combining Carbon Dots and Graphene Oxide with Target-Induced DNA Strand Displacement for microRNA Detection.
基于荧光“开-关-开”策略，我们构建了一种简单、高灵敏的DNA荧光生物传感器，用于检测microRNA（miRNA），无需复杂耗时操作。碳点（CDs）成功合成并偶联至单链燃料DNA末端，该燃料DNA通过π-π堆积吸附于氧化石墨烯（GO）表面，导致荧光淬灭。在目标miRNA let-7a存在时，燃料DNA从GO表面脱附，并通过双链DN...
Versatile Cell and Animal Models for Advanced Investigation of Lead Poisoning.
重金属铅（Pb）可不可逆损伤人体神经系统。为理解铅诱导损伤，作者将遗传编码 FRET 型铅生物传感器 Met-lead 1.44 M1 应用于两种活系统监测铅浓度：iPSC 来源心肌细胞作为半组织平台，黑腹果蝇作为体内动物模型。不同 FRET 成像模式获取代表铅存在的信号，并在不同空间维度呈现。在 iPSC 心肌细胞中，荧光信号波动...
Regulation of local GTP availability controls RAC1 activity and cell invasion.
活细胞中 GTP 的生理变化一直未被认为能调控 RAC1 激活，因为色谱或质谱测得的胞内 GTP 浓度远高于体外测定的 RAC1-GTP 解离常数（Kd）。本文结合遗传编码 GTP 生物传感器与 RAC1 活性生物传感器，证明在活细胞中，围绕 RAC1-GTP Kd 波动的 GTP 水平与 RAC1 活性变化相关。此外，RAC1 在...
Biosensors based on peptide exposure show single molecule conformations in live cells.
本文提出一种用于活细胞单颗粒追踪中研究单个蛋白构象的“binder/tag”生物传感器策略。该方法将一段7个氨基酸的短肽（tag）插入目标蛋白，使其溶剂暴露程度受蛋白构象控制；只有当蛋白处于激活或开放构象时，短肽暴露并特异性结合报告蛋白（binder）。因此，仅需直接激发明亮荧光团并观察其定位，即可反映蛋白构象，无需依赖较暗的FRE...
Recent advances in cellular biosensor technology to investigate tau oligomerization.
Tau是微管结合蛋白，在生理功能中起重要作用，也参与阿尔茨海默病（AD）及相关tau病的发病。虽然不溶性、含β-折叠的tau神经原纤维缠结是这些疾病的组织病理学标志，但近期研究提示，在纤维形成之前产生的可溶性tau寡聚体可能是主要毒性物种。已有大量工作采用纯化重组蛋白策略制备tau寡聚体，以研究其构象及毒性，但迄今尚未鉴定出特定的毒...
Intravital imaging technology guides FAK-mediated priming in pancreatic cancer precision medicine according to Merlin status.
胰腺导管腺癌（PDAC）高度转移且对化疗耐药，其致密促纤维增生基质可调节肿瘤进展。本研究在小鼠和患者来源 PDAC 模型中，利用基于 FAK 的 Förster 共振能量转移（FRET）生物传感器进行活体荧光寿命成像显微镜（FLIM）检测，实时可视化短暂调控黏着斑激酶（FAK）所介导的双向细胞-环境信号。同时，利用 FUCCI 细胞...
Design and Prototyping of Genetically Encoded Arsenic Biosensors Based on Transcriptional Regulator AfArsR.
基于工程化荧光蛋白（FP）的遗传编码生物传感器是监测生物体系内特定离子和分子动态的重要工具。三价砷离子（As3+）因能与蛋白质巯基结合而具有强细胞毒性，可抑制蛋白功能、破坏蛋白间相互作用并最终导致细胞死亡。开发 As3+ 遗传编码生物传感器有望在体外和体内研究其毒性机制。本研究以嗜酸氧化亚铁杆菌（Acidithiobacillus ...
Intrinsically disordered protein biosensor tracks the physical-chemical effects of osmotic stress on cells.
当外界环境发生剧烈变化时，细胞内理化性质随之改变，但现有方法难以在活细胞中实时、非破坏性地动态监测这些变化。本研究利用内在无序蛋白区（IDR）对环境敏感且结构可塑的特性，开发了一种基于 Förster 共振能量转移（FRET）的基因编码荧光生物传感器 SED1。SED1 以拟南芥在缺水条件下表达的内在无序蛋白 AtLEA4-5 为传...
Single-Chirality Near-Infrared Carbon Nanotube Sub-Cellular Imaging and FRET Probes.
单壁碳纳米管（SWCNTs）在生物成像和生物传感中的应用受限于难以获得具有所需功能的单手性纳米管样品。其独特光学性质，如多条窄带近红外发射和溶剂化色移、FRET等多种信号转导模式，非常适合活细胞/生物体成像与传感。然而，纳米管间FRET在生物环境中尚未被研究。我们开发了单手性亚细胞SWCNT成像探针，并在活细胞中研究其管间FRET能...
Development and optimization of heavy metal lead biosensors in biomedical and environmental applications.
重金属铅（Pb）对健康的危害已长期受到关注，血铅水平（BLL）目前仍是官方评估人体铅暴露程度的主要指标，但成人10 μg/dL、儿童5 μg/dL的所谓安全值对日常饮水或低水平接触是否足够可靠仍存疑。本文综述了预防铅中毒并推进铅毒理研究的方法，重点介绍高灵敏度铅监测与荧光生物传感器，包括基因编码荧光共振能量转移（FRET）生物传感器...
When Nanoworlds Collide: Implementing DNA Amplification, Nanoparticles, Molecules, and FRET into a Single MicroRNA Biosensor.
等温核酸扩增策略与纳米技术结合已用于高级生物传感、材料设计和生物医学应用，但将不同纳米尺度的现象与材料合并以同时利用其优势仍具挑战。本文系统展示了将铽配合物（约2 nm）、Förster共振能量转移（FRET，约5 nm）、量子点（QDs，约20 nm）和滚环扩增（RCA，约250 nm）整合到单一 microRNA 生物传感器时遇...
Ultrasensitive tau biosensor cells detect no seeding in Alzheimer's disease CSF.
Tau蛋白可形成自复制聚集体（种子），可能驱动阿尔茨海默病（AD）及相关tau病病理进展。利用表达携带疾病相关突变P301S的tau重复域并融合互补荧光蛋白的“生物传感器”细胞，可通过荧光共振能量转移（FRET）阳性细胞比例，以细胞成像或流式细胞术量化重组蛋白及脑匀浆中的种子活性。此前多项研究报道生前脑脊液（CSF）中存在tau种子...
FluoSTEPs: Fluorescent biosensors for monitoring compartmentalized signaling within endogenous microdomains.
越来越多的证据表明，许多关键胞内信号事件被区室化于动力学不同的细胞微区室中。遗传编码荧光生物传感器是解析区室化信号的强大工具，但现有方法通常依赖目标蛋白融合与过表达，可能干扰天然信号通路。本文提出一类名为 FluoSTEPs（靶向内源蛋白的荧光传感器）的新型生物传感器，将自互补分裂绿色荧光蛋白、CRISPR 介导的基因敲入和荧光共振...
Biochemical Activity Architectures Visualized-Using Genetically Encoded Fluorescent Biosensors to Map the Spatial Boundaries of Signaling Compartments.
所有生物过程均由生化通路的协同作用产生，有限分子如何产生功能多样性仍是核心问题。空间区室化——生化活性围绕细胞内离散空间域组织——近40年前提出，已成为理解通路特异性的基础。然而，直接研究空间区室化及其机制近20年才因遗传编码荧光生物传感器等技术成为可能。这些工具可在天然生物环境中实时可视化动态生化过程，是探测空间调控的关键。本文综...
Simple and rapid peptide nanoprobe biosensor for the detection of Legionellaceae.
本研究开发了一种灵敏、特异且定量的肽基纳米探针原型检测方法，用于快速简便地检测军团菌科。以军团菌属培养上清中的蛋白酶作为生物标志物，通过荧光共振能量转移（FRET）二肽底物库筛选出可被军团菌蛋白酶特异性切割的荧光肽底物；蛋白酶切割二肽底物后荧光强度显著升高。将特异性底物与羧基末端纳米磁性颗粒（NMPs）偶联，并在C端连接半胱氨酸残基...
Carbon Dot/Naphthalimide Based Ratiometric Fluorescence Biosensor for Hyaluronidase Detection.
膀胱癌是泌尿生殖系统癌症患者死亡的主要原因之一，透明质酸酶（HAase）在膀胱癌中水平升高，可作为早期诊断的重要生物标志物。本文报道了一种在生理条件下用于检测 HAase 的简单、灵敏的比率荧光生物传感器。该体系由带负电荷的透明质酸（HA）作为支架和酶切底物，阳离子碳点（CQDs）作为 FRET 供体，正电荷萘酰亚胺探针作为 FRE...
Cardiac Hypertrophy Changes Compartmentation of cAMP in Non-Raft Membrane Microdomains.
3′,5′-环腺苷酸单磷酸（cAMP）是广泛存在的第二信使，在心脏功能与疾病中发挥关键作用。成年小鼠心室肌细胞（AMVMs）中存在多个功能相关的膜微域，其cAMP信号被严格区室化。至少有两类微域位于AMVM质膜：一类与富含caveolin的脂筏相关，另一类位于非脂筏肌膜，二者具有不同的cAMP动态，并受不同受体和磷酸二酯酶（PDE）...