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基于基因线路的合成生物传感器设计与应用
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作者 邓稼轩 陈升言 王宝俊 《合成生物学》 北大核心 2026年第1期32-65,共34页
合成生物传感器利用基因编码的生物识别元件特异性识别靶标并将其转换成可量化的生物信号,然后通过基因线路介导的功能器件实现生物信号的定制化处理与多模态信号输出,具有生物相容性高、成本低、环境友好等优势,已在环境监测、生物制... 合成生物传感器利用基因编码的生物识别元件特异性识别靶标并将其转换成可量化的生物信号,然后通过基因线路介导的功能器件实现生物信号的定制化处理与多模态信号输出,具有生物相容性高、成本低、环境友好等优势,已在环境监测、生物制造过程监控、精准医学诊疗等领域展现出重要应用潜力。合成生物学方法和前沿技术的突破性进展,特别是基因线路的模块化工程设计原理、可编程动态调控策略和人工智能辅助的生物元件挖掘与从头设计技术,为合成生物传感器的开发提供了前所未有的助力。然而,当前合成生物传感器的产业化应用仍在多个性能指标方面面临制约。即:敏感性(Sensitivity)、特异性(Specificity)、响应速度(Speed)、稳定性(Stability)和安全性(BioSafety)——简称5S挑战。本文系统梳理了基于基因线路的合成生物传感器信号识别机制与设计范式,深入剖析了各类型合成生物传感器的技术优势与应用瓶颈,并归纳了代表性的基因线路传感功能扩展模块与应用案例。本文还介绍了合成生物传感器的关键特征以及典型优化方法,探讨了未来需要交叉融合新机制与新技术以实现合成生物传感器的范式突破与可预测定制,从而加速推动合成生物传感器广泛实际应用。 展开更多
关键词 合成生物传感器 基因线路 变构转录因子 双组分系统 核糖开关 核糖核酸调节子 成簇的规律性间隔的短回文重复序列/CRISPR相关蛋白(CRISPR/Cas)
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基于转录调节因子PuuR的1,4-丁二胺生物传感器的构建与优化 被引量:2
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作者 刘俊杰 蒋敏敏 +5 位作者 孙彤 孙祥祥 赵咏灿 顾明霞 路福平 黎明 《生物工程学报》 北大核心 2025年第1期437-447,共11页
生物传感器已经成为实时监测特定小分子和精确控制生物系统中基因表达的强大工具。用于1,4-丁二胺生物合成的高通量传感器可以极大地提高1,4-丁二胺高产菌株的筛选效率。为研究调整生物传感器特性的策略,本研究开发了一种以转录调节因子... 生物传感器已经成为实时监测特定小分子和精确控制生物系统中基因表达的强大工具。用于1,4-丁二胺生物合成的高通量传感器可以极大地提高1,4-丁二胺高产菌株的筛选效率。为研究调整生物传感器特性的策略,本研究开发了一种以转录调节因子PuuR为基础的1,4-丁二胺生物传感器,其同源的操作子puuO被组装在大肠杆菌组成型启动子PgapA中,以控制下游的高能绿色荧光蛋白(superfolder green fluorescent protein,sfGFP)作为报告蛋白表达。最终该传感器在1,4-丁二胺浓度处于0–50 mmol/L时GFP/OD600值与1,4-丁二胺浓度之间能稳定地表现出线性关系。本研究采用大肠杆菌基因组中不同强度的启动子对1,4-丁二胺生物传感器进行分子改造,探究并改进基于PuuR的1,4-丁二胺生物传感器的功能性质,为高通量筛选高产1,4-丁二胺的工程菌株奠定了基础。 展开更多
关键词 大肠杆菌 1 4-丁二胺 生物传感器 转录调节因子PuuR
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基于转录调控蛋白的生物传感器的智能设计构建 被引量:1
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作者 梁朝宁 向腊 唐双焱 《生物工程学报》 北大核心 2025年第3期1011-1022,共12页
基于转录调控蛋白的生物传感器已在代谢工程、合成生物学、代谢物监测等领域发挥重要作用。该工具具有高度模块化、正交性、易于构建及操作等优良特性,但在实际应用中,天然调控蛋白对目标化合物的响应仍然存在响应程度较低、特异性不符... 基于转录调控蛋白的生物传感器已在代谢工程、合成生物学、代谢物监测等领域发挥重要作用。该工具具有高度模块化、正交性、易于构建及操作等优良特性,但在实际应用中,天然调控蛋白对目标化合物的响应仍然存在响应程度较低、特异性不符合需求等缺陷。本文综述了近年来在计算机模拟和人工智能技术辅助下,采用蛋白质工程手段,智能设计、改造转录调控蛋白以提升其工作性能所取得的研究进展。主要包括利用蛋白质结构预测、配体结合模拟等优化改造策略快速获取目标突变体,或借助对突变体数据分析并经机器学习等构建数学模型,预测转录调控蛋白突变响应效果等。相较于传统方式,计算机模拟和人工智能辅助技术可实现对生物元件更精准快捷地设计构建,将推动新型生物传感器的创制研发,更好地满足实际应用的需求。 展开更多
关键词 转录调控蛋白 生物传感器 计算模拟 蛋白质工程 机器学习
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基于转录因子PdhR的丙酮酸生物传感器的构建 被引量:1
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作者 刘宇锋 王冬洋 +8 位作者 王亚丽 司景元 刘亚博 李靖 陈源依 潘春梅 张震 邱晨曦 李京 《生物工程学报》 北大核心 2025年第5期2158-2166,共9页
丙酮酸是一种重要的有机酸,在食品、化工和医药等领域广泛应用。酶法合成丙酮酸存在酶活性低的问题,严重制约着丙酮酸的工业化生产。低通量的筛选方法是筛选高活性酶突变体的瓶颈,生物传感器能够为酶的分子改造提供高通量的筛选方法。... 丙酮酸是一种重要的有机酸,在食品、化工和医药等领域广泛应用。酶法合成丙酮酸存在酶活性低的问题,严重制约着丙酮酸的工业化生产。低通量的筛选方法是筛选高活性酶突变体的瓶颈,生物传感器能够为酶的分子改造提供高通量的筛选方法。本研究以大肠杆菌的转录因子PdhR为研究对象,构建响应丙酮酸的生物传感器。首先,将PdhR的结合位点插入3个启动子的不同位置构建杂合启动子并验证其响应活性,结果表明杂合启动子P_(tacD)、P_(ticM)和P_(trpD)具有较好的响应活性。其次,通过优化PdhR表达量改善生物传感器的响应性能,其中生物传感器B2-1能灵敏地响应丙酮酸的浓度变化,具有较宽的配体检测范围(0–12 g/L丙酮酸),其荧光响应倍数为14。最后,生物传感器B2-1的配体特异性分析表明生物传感器B2-1仅响应丙酮酸,对其他酮酸不敏感,具有较强的配体特异性。因此,本研究构建的响应丙酮酸的生物传感器可用于高活性酶突变体的高通量筛选,为酶和菌种的分子改造提供了高效、灵敏的筛选工具,进一步为丙酮酸的工业化生产奠定了基础。 展开更多
关键词 丙酮酸 转录因子PdhR 生物传感器 高通量筛选
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微生物转录因子工程的研究进展 被引量:1
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作者 梁志慧 陆孔泳 +1 位作者 郑洋洋 王智文 《宁夏大学学报(自然科学版中英文)》 2025年第1期59-67,共9页
随着合成生物学的快速发展,微生物细胞工厂成为绿色生物制造的重要方式.转录因子工程作为一种通过转录因子来调控基因表达的技术,具有可同时调控代谢途径的多个基因的功能,在微生物代谢工程和合成生物学研究中发挥着重要作用.介绍转录... 随着合成生物学的快速发展,微生物细胞工厂成为绿色生物制造的重要方式.转录因子工程作为一种通过转录因子来调控基因表达的技术,具有可同时调控代谢途径的多个基因的功能,在微生物代谢工程和合成生物学研究中发挥着重要作用.介绍转录因子及其调控机制,综述当前微生物中转录因子的研究进展和转录因子工程的应用进展等,讨论转录因子工程面临的挑战和未来发展趋势. 展开更多
关键词 转录因子 转录因子工程 调控机制 耐受性 生物传感器
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基于超高通量筛选的D-阿洛酮糖3-差向异构酶定向进化
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作者 赵添龙 刘展志 +2 位作者 张凤山 吴敬 宿玲恰 《食品与发酵工业》 北大核心 2025年第2期105-109,共5页
D-阿洛酮糖是一种低热量的甜味剂,具有多种生理功能,如维持血糖平衡和调节脂质代谢等。目前,D-阿洛酮糖工业生产主要通过D-阿洛酮糖3-差向异构酶(D-allulose-3-epimerase,DAEase)催化D-果糖的差向异构反应实现,但DAEase的应用性能仍需... D-阿洛酮糖是一种低热量的甜味剂,具有多种生理功能,如维持血糖平衡和调节脂质代谢等。目前,D-阿洛酮糖工业生产主要通过D-阿洛酮糖3-差向异构酶(D-allulose-3-epimerase,DAEase)催化D-果糖的差向异构反应实现,但DAEase的应用性能仍需进一步提升以满足日益增长的市场需求。定向进化作为一种有效的分子改造策略,其筛选方法是限制效率的关键因素之一。通过构建并优化D-阿洛酮糖特异型生物传感器,结合微孔板筛选,对来自Clostridium cellulolyticum H10的DAEase(Cc DAEase)突变体文库进行超高通量筛选,最终获得了比活提高14.6%的优势突变体H209Q,其最适温度为60℃,最适pH值为7.5,并进一步解析了该突变体的构效关系。该研究证明了转录因子型生物传感器可以作为一种有效的定向进化筛选工具,为进一步优化DAEase的性能提供了可能性,亦为D-阿洛酮糖的工业制备提供了理论依据和技术支撑。 展开更多
关键词 D-阿洛酮糖3-差向异构酶 转录因子型生物传感器 超高通量筛选
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基于转录因子生物传感器的构建与应用进展
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作者 王宏 陆孔泳 +2 位作者 郑洋洋 陈涛 王智文 《合成生物学》 北大核心 2025年第4期829-845,共17页
微生物细胞工厂作为绿色生物制造的重要实现形式,广泛应用于食品、化工、医药和能源等领域。然而,利用传统代谢工程策略改造微生物细胞工厂生产目标产品时,仍面临静态代谢调控的局限性与代谢通量实时监测的滞后性等问题,制约着生物基产... 微生物细胞工厂作为绿色生物制造的重要实现形式,广泛应用于食品、化工、医药和能源等领域。然而,利用传统代谢工程策略改造微生物细胞工厂生产目标产品时,仍面临静态代谢调控的局限性与代谢通量实时监测的滞后性等问题,制约着生物基产品的高效生物合成。基于转录因子生物传感器通过实时感知代谢物浓度信号或环境信号,自动调控目的基因表达,为微生物细胞工厂的高效构建与智能化调控提供了创新性解决方案。本文介绍了基于转录因子生物传感器的组成、分类及作用机制,围绕传感器配体识别模块的设计和信号输出模块的元件重构,总结了基于转录因子生物传感器的构建策略,对基于转录因子生物传感器在微生物细胞工厂中的应用进展进行了综述,包括高通量筛选、代谢工程靶点挖掘以及动态调控。聚焦目前基于转录因子生物传感器面临的代谢物响应元件匮乏、检测范围受限、配体识别特异性不足、转录依赖的耗时性和传感器元件鲁棒性缺陷等挑战,对未来的研究方向进行展望,为未来基于转录因子生物传感器的构建与应用提供借鉴。 展开更多
关键词 转录因子生物传感器 微生物细胞工厂 高通量筛选 靶点挖掘 动态调控
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转录调控因子型生物传感器的特性、优化与应用
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作者 彭佳妮 孙喆 张学礼 《生物学杂志》 北大核心 2025年第5期10-16,共7页
随着合成生物学与微生物代谢工程的快速发展,微生物细胞工厂的构建取得显著进展,为传统依赖化石资源的工业生产向以可再生资源为基础的绿色生物合成转型提供支撑。通过微生物细胞工厂实现化学品的生物合成,不仅有显著的环境与经济效益,... 随着合成生物学与微生物代谢工程的快速发展,微生物细胞工厂的构建取得显著进展,为传统依赖化石资源的工业生产向以可再生资源为基础的绿色生物合成转型提供支撑。通过微生物细胞工厂实现化学品的生物合成,不仅有显著的环境与经济效益,还为大宗和高附加值化学品及生物燃料等的可持续生产提供了关键技术支持。然而,微生物的代谢工程改造在当前仍面临诸多问题,包括中间代谢物积累、关键酶活力不足以及目标产物产量和转化率低等,制约了其工业化应用。针对这些问题,转录调控因子型生物传感器凭借其信号感受和输出能力,在动态优化微生物代谢通量,提高关键酶活性及优势菌株高通量筛选中发挥着重要作用,成为解决相关瓶颈的关键工具。系统综述了转录调控因子型生物传感器的分类与特性,归纳了其在信号感知元件、信号转导元件及信号输出元件优化中的策略。同时,探讨了其在代谢流动态调控、代谢途径优化及高通量筛选中的实际应用,并对该领域未来的发展方向进行了展望。 展开更多
关键词 转录调控因子 生物传感器 动态调控 高通量筛选 合成生物学
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多策略代谢工程改造大肠杆菌生产L-苯丙氨酸
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作者 王小楠 王雪慧 +2 位作者 王晓超 王静 陈宁 《食品与发酵工业》 北大核心 2025年第23期1-10,I0001-I0008,共18页
L-苯丙氨酸是人体和动物的必需氨基酸之一,在食品、医药和饲料等领域应用广泛。随着市场需求日益增长,传统微生物发酵法生产效率较低等问题逐步凸显,因此获得一株高效、稳定的L-苯丙氨酸生产菌株十分必要。该研究首先基于传统代谢工程... L-苯丙氨酸是人体和动物的必需氨基酸之一,在食品、医药和饲料等领域应用广泛。随着市场需求日益增长,传统微生物发酵法生产效率较低等问题逐步凸显,因此获得一株高效、稳定的L-苯丙氨酸生产菌株十分必要。该研究首先基于传统代谢工程策略构建生产L-苯丙氨酸的大肠杆菌工程菌,通过解除反馈抑制、优化莽草酸途径关键酶表达水平或活性、启动子工程优化磷酸烯醇式丙酮酸和4-磷酸赤藓糖等前体供应、失活副产物乙酸合成途径和优化氨基酸转运途径等手段,获得了一株L-苯丙氨酸生产菌株。为进一步提高菌株的生产表现,采用全局转录机器工程(global transcription machinery engineering, gTME)策略,构建基于RNA聚合酶中编码σ^(70)因子的rpoD基因和编码α亚基的rpoA基因的随机突变文库,开发基于生物传感器的L-苯丙氨酸检测回路,筛选出高产突变株。最终获得的工程菌株PHE-56在5 L发酵罐中分批补料发酵48 h后,L-苯丙氨酸产量达到79.68 g/L,生产强度为1.66 g/(L·h),糖酸转化率为22%。该研究结合了多种代谢工程策略,证实了gTME在代谢工程中的高效性,为L-苯丙氨酸细胞工厂的开发提供新的视角,为L-苯丙氨酸的工业化生产提供了有潜力的菌株平台。 展开更多
关键词 大肠杆菌 L-苯丙氨酸 代谢工程 全局转录机器工程 生物传感器
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基因回路型全细胞微生物传感器的设计、优化与应用 被引量:7
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作者 杨璐 吴楠 +3 位作者 白茸茸 董维亮 周杰 姜岷 《合成生物学》 CSCD 2022年第6期1061-1080,共20页
基于合成生物学理念构建的基因回路型全细胞微生物传感器作为生物传感器的一大重要分支,能够感知环境中特定的待测物质,并按照一定规律将其转换成特定的信号输出,在生物制造过程监控、环境监测与食品安全、医疗诊断与监护等领域的检测... 基于合成生物学理念构建的基因回路型全细胞微生物传感器作为生物传感器的一大重要分支,能够感知环境中特定的待测物质,并按照一定规律将其转换成特定的信号输出,在生物制造过程监控、环境监测与食品安全、医疗诊断与监护等领域的检测应用中显现出巨大的潜力。随着合成生物学各项技术的日益完善和遗传元件的逐渐丰富,越来越多的基于不同响应机制、不同逻辑门与逻辑回路的全细胞微生物传感器已被陆续开发。然而,目前基因回路型全细胞微生物传感器的设计与构建仍主要依靠假设-试错循环的经验性方法。如何设计与构建具有高响应特性的基因回路型全细胞传感器,以及如何对元件、基因回路的优化提高其传感检测性能以满足不同实际应用场景的检测需求,是目前亟需解决的瓶颈问题。本文将主要对基因回路型全细胞生物传感器的原理、分类以及发展历程进行综述,着重介绍全细胞微生物传感器基因回路的设计与构建原则、传感检测性能的优化策略以及在不同检测领域的应用进展,最后剖析了目前全细胞微生物传感器面临的生物安全性、设计构建烦琐、缺乏高效便捷性、难以进入传感器市场等诸多挑战,以及对人工智能、合成生物学、液滴微流控等新兴技术将加速遗传传感元件的开发和生物传感器的人工设计与构建进行了展望。 展开更多
关键词 全细胞生物传感器 转录因子 核糖开关 基因回路 传感检测
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变构转录因子生物传感器构建策略及在食品安全中的应用进展 被引量:2
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作者 周子莹 宋晓东 +6 位作者 刘洋儿 吴一凡 朱龙佼 古东月 何国庆 李相阳 许文涛 《生物技术通报》 CSCD 北大核心 2024年第12期20-33,共14页
随着合成生物学的兴起,基于转录因子的生物传感器逐渐从体内传感过渡到体外传感。这类传感器以其高安全性、强稳定性、快速响应等特点,在各个检测领域发挥着作用,特别是在食品安全领域。目前,关于变构转录因子(aTF)生物传感器的综述多... 随着合成生物学的兴起,基于转录因子的生物传感器逐渐从体内传感过渡到体外传感。这类传感器以其高安全性、强稳定性、快速响应等特点,在各个检测领域发挥着作用,特别是在食品安全领域。目前,关于变构转录因子(aTF)生物传感器的综述多侧重于体内构建全细胞生物传感器。本文在汲取前人研究基础上,专注于探讨体外构建aTF生物传感器,例如利用无细胞转录翻译体系和兼容性缓冲液体系作为反应载体。本文详细综述了基于aTF体外生物传感器的构建策略及在食品安全检测中的应用进展。首先,系统阐述了aTF生物传感器的构建,包括aTF分子识别机制,等温扩增与CRISPR-Cas两种信号放大策略、光学与电化学两种信号输出方式,以及兼容性缓冲液和无细胞两种传感体系的运用。其次,重点总结了aTF生物传感器在检测重金属离子、农兽药残留、食品添加剂以及食源性病原体等食品污染物方面的应用进展。最后,深入探讨了aTF生物传感器所面临的挑战,展望其未来发展趋势,以期进一步拓展其在新领域的应用潜力。 展开更多
关键词 变构转录因子 生物传感器 食品安全 构建策略 体外生物传感
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基于转录因子生物传感器在环境分析中的应用 被引量:1
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作者 张迪 鞠睿 +3 位作者 李丽梅 王煜倩 陈瑞 王新一 《生物技术通报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期114-125,共12页
转录因子是一类在细胞中通过引导RNA聚合酶与特定DNA序列结合调控基因表达的蛋白质。转录因子是生物体适应自然环境过程中的一类重要调节性蛋白,可专一性的感知环境介质中的配体分子。利用转录因子作为识别元件构建生物传感体系并与不... 转录因子是一类在细胞中通过引导RNA聚合酶与特定DNA序列结合调控基因表达的蛋白质。转录因子是生物体适应自然环境过程中的一类重要调节性蛋白,可专一性的感知环境介质中的配体分子。利用转录因子作为识别元件构建生物传感体系并与不同的信号转导和放大系统耦合,可在细胞、无细胞和体外等不同反应体系构建信号输出形式灵活多样的传感策略。基于转录因子构建的生物传感器(TFBBs),因其灵敏度高、体积小、价格低廉以及可应用于现场监测等优势,在环境分析领域显示出巨大应用潜力。文中着重介绍了TFBBs的传感体系类型、核心元件组成和工作原理,列举了其在重金属离子、芳香族化合物及抗生素等环境污染物检测中的应用进展,在此基础上讨论了TFBBs在环境污染物检测中可能面临的机遇和挑战,并对其发展趋势进行了展望,指出合成生物学、人工智能等多学科新兴技术的高速发展将促进TFBBs人工设计和传感性能提升,使其应用于更广泛的领域。 展开更多
关键词 转录因子 生物传感 环境分析 重金属离子 芳香族化合物 抗生素
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基于转录因子的生物传感器研究进展 被引量:2
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作者 赵梅 罗佳璐 +4 位作者 王震 周海星 杨爽黎 商洁 齐向辉 《食品与发酵工业》 CAS CSCD 北大核心 2024年第12期362-369,共8页
转录因子的生物传感器(transcription-factor-based biosensors,TFBBs)作为一种重要的合成生物学工具,在高通量筛选、适应性进化、动态调控等方面具有重要作用。然而,天然的TFBBs由于灵敏度低、专一性差、响应慢等无法满足当前的应用需... 转录因子的生物传感器(transcription-factor-based biosensors,TFBBs)作为一种重要的合成生物学工具,在高通量筛选、适应性进化、动态调控等方面具有重要作用。然而,天然的TFBBs由于灵敏度低、专一性差、响应慢等无法满足当前的应用需求。为应对上述挑战,该文简述了TFBBs的分类及其原理,重点介绍了TFBBs的性能调节策略,包括利用定向进化、蛋白质工程等策略优化生物传感器的灵敏度、特异性、检测范围和动态范围;总结了TFBBs在高通量筛选、适应性进化及动态调控方面的应用,讨论了TFBBs在实际应用中可能面临的机遇和挑战,并对其发展趋势进行了展望,指出了合成生物学的高速发展将促进生物传感器应用于更广泛的领域。 展开更多
关键词 转录因子的生物传感器 性能调节 高通量筛选 适应性进化 动态调控
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枯草芽孢杆菌中高效响应N-乙酰神经氨酸生物传感器的构建 被引量:3
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作者 孙佳琦 曹燕亭 +5 位作者 吕雪芹 李江华 刘龙 堵国成 陈坚 刘延峰 《生物工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第6期2502-2516,共15页
枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)是公认的食品安全菌株,目前已被用于多种高附加值产品的生物合成,包括被广泛用作营养化学品和药物中间体的N-乙酰神经氨酸(N-acetylneuraminic acid,NeuAc)。响应目标产物的生物传感器被广泛用于代谢工... 枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)是公认的食品安全菌株,目前已被用于多种高附加值产品的生物合成,包括被广泛用作营养化学品和药物中间体的N-乙酰神经氨酸(N-acetylneuraminic acid,NeuAc)。响应目标产物的生物传感器被广泛用于代谢工程中的动态调控和高通量筛选等方面,以提高生物合成效率。但是,枯草芽孢杆菌中缺乏可高效响应NeuAc的生物传感器。因此,本文首先测试和优化了能将胞外NeuAc转运进胞内的转运蛋白,获得了一系列具有不同转运能力的菌株,以用于后续响应NeuAc的生物传感器的验证;随后将响应NeuAc的转录因子Bbr_NanR的结合位点插入枯草芽孢杆菌组成型启动子的不同位置,筛选具有活性的杂合启动子;接下来,通过在具有NeuAc转运能力的枯草芽孢杆菌中表达Bbr_NanR,选择能响应NeuAc的杂合启动子,并进一步通过优化Bbr_NanR表达量获得了一系列动态范围广、激活倍数高的生物传感器,其中生物传感器P535-N2能灵敏地响应胞内NeuAc浓度的变化,具有最大的动态范围,为(180–20245)AU/OD;P566-N2则具有最高的激活倍数,为122倍,是已报道的枯草芽孢杆菌中响应N-乙酰神经氨酸的生物传感器的2倍。本文构建的响应NeuAc的生物传感器可用于高产NeuAc的酶突变体和枯草芽孢杆菌菌株的筛选,为枯草芽孢杆菌生物合成NeuAc提供了高效、灵敏的分析和调控工具。 展开更多
关键词 枯草芽孢杆菌 N-乙酰神经氨酸 转录因子 生物传感器
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基于转录因子的代谢物生物传感器的研究进展 被引量:3
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作者 丁娜娜 周胜虎 邓禹 《生物工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第3期911-922,共12页
基于转录因子的代谢物生物传感器在代谢工程和合成生物学中发挥着重要的作用。生物传感器感应代谢物浓度信号,将其转换为特定信号输出,具有灵敏度高、特异性强、分析速度快等特点,被广泛应用于目标代谢物的响应。文中介绍了基于转录因... 基于转录因子的代谢物生物传感器在代谢工程和合成生物学中发挥着重要的作用。生物传感器感应代谢物浓度信号,将其转换为特定信号输出,具有灵敏度高、特异性强、分析速度快等特点,被广泛应用于目标代谢物的响应。文中介绍了基于转录因子生物传感器的作用原理,以及近年来在微生物细胞中的应用实例和应用方面面临的挑战,主要包括目标代谢物浓度的检测、高通量筛选、自适应实验室进化选择和动态控制,同时为了克服应用中的挑战,也着重介绍了基于转录因子生物传感器的性能调节策略,主要包括传统调节和计算机辅助的调节策略,讨论了生物传感器在实际应用中可能面临的机遇与挑战,并对其发展趋势进行了展望。 展开更多
关键词 转录因子生物传感器 响应原理 代谢物检测 代谢物调节 响应性能
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微生物全细胞传感器在芳香族化合物检测中的研究进展 被引量:2
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作者 李赛月 吕凤娇 +4 位作者 赵桂煜 王恩毅 音建华 余志良 孟秋 《生物工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第9期2899-2915,共17页
芳香族化合物含有的苯环结构稳定性高、难以降解,因此环境中的芳香族化合物不仅对生态环境构成威胁,也严重影响人类健康。开发一种便捷有效的芳香族化合物检测方法至关重要。随着对芳香族化合物特性的深入理解,基于微生物细胞开发的生... 芳香族化合物含有的苯环结构稳定性高、难以降解,因此环境中的芳香族化合物不仅对生态环境构成威胁,也严重影响人类健康。开发一种便捷有效的芳香族化合物检测方法至关重要。随着对芳香族化合物特性的深入理解,基于微生物细胞开发的生物传感器在芳香族化合物检测方面展现出越来越重要的作用。本文综述了微生物全细胞传感器的工作原理,概述了电活性生物被膜型、转录因子型和依赖于降解基因启动子这3类芳香族化合物全细胞传感器的构建方法和应用,并探讨了基于表面展示技术、逻辑门构建、基因回路改造、群体感应信号放大等手段进一步提高传感器性能的优化策略。 展开更多
关键词 芳香族化合物 微生物全细胞传感器 转录因子 检测 优化策略
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无细胞系统在CRISPR技术和生物传感器中的应用研究进展 被引量:2
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作者 姚夏 胡潇予 +1 位作者 王晓祺 葛璟燕 《生物工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第1期86-102,共17页
无细胞转录翻译系统(cell-free transcription and translation,TXTL),简称无细胞系统,即基于细胞提取物在体外快速表达蛋白质的系统。该系统绕过了细菌转化、克隆筛选和细胞裂解等过程,更精准便捷地控制反应底物,减少细菌对蛋白质产生... 无细胞转录翻译系统(cell-free transcription and translation,TXTL),简称无细胞系统,即基于细胞提取物在体外快速表达蛋白质的系统。该系统绕过了细菌转化、克隆筛选和细胞裂解等过程,更精准便捷地控制反应底物,减少细菌对蛋白质产生的影响,具有多功能性和灵活性等优点。近年来,TXTL作为一个新兴平台在clusterd regularly interspaced short palindromic repeat(CRISPR)技术研究中应用广泛,实现了对CRISPR/Cas系统快速、便捷地表征,比如高特异性的向导RNA(guide RNA,gRNA)以及抗CRISPR蛋白的筛选。同时,基于TXTL的CRISPR生物传感器与生物材料、基因回路等结合,开发并用于病原体中核酸标志物等的检测,相关试剂冻干后也提高了便携性,实现高灵敏度的即时检测(point-of-care testing,POCT)。传感器与可编程的电路元件等技术的结合为全细胞生物传感器(whole cell biosensor,WCB)提供了一种非生物的替代品,提高了生物安全性,加速了其通过监管机构的批准应用。本文重点介绍并讨论了近些年利用TXTL对CRISPR系统的表征及在生物传感器中的应用,希望能更好地推动CRISPR技术和TXTL在生物传感器方面的发展。 展开更多
关键词 无细胞系统(TXTL) CRISPR/Cas系统 即时检测 生物传感器
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基于别构转录因子的水中砷离子无细胞传感器
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作者 陈淑婷 张永康 +4 位作者 康晓丹 赵辰 夏志强 王景峰 谌志强 《环境科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期9-15,共7页
为了探索水环境中砷离子现场快速检测的新方法,文章构建以特异性识别砷的别构转录因子ArsR为识别元件,荧光RNA为输出信号的无细胞生物传感器,实现对砷离子的现场快速检测。结果表明,在最佳实验条件下,建立的无细胞生物传感器可以在1 h... 为了探索水环境中砷离子现场快速检测的新方法,文章构建以特异性识别砷的别构转录因子ArsR为识别元件,荧光RNA为输出信号的无细胞生物传感器,实现对砷离子的现场快速检测。结果表明,在最佳实验条件下,建立的无细胞生物传感器可以在1 h内实现对1 nmol/L砷离子的检出,借助酶标仪可以实现在1~1 000 nmol/L浓度范围内的定量检测,线性方程为Y=1 232 lg[As^(3+)]-629.5(R^(2)=0.989 3)。实际水样中砷离子的检测结果与原子吸收光谱法的测量结果基本一致,加标回收率为98.866%~102.001%,且在其他重金属的干扰下也能正确检测目标物。该方法拥有高灵敏度和特异性强的特点,为砷离子的现场快速检测提供了一种新思路。 展开更多
关键词 砷离子 别构转录因子 无细胞传感器 现场检测
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Extending dynamic and operational range of the biosensor responding to L-carnitine by directed evolution
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作者 Tingting Li Huina Dong +8 位作者 Jinlong Li Huiying Wang Chunxiang Pu Siyu Chen Zhiying Yang Xinyi Ren Xuan Liu Zhaoxia Jin Dawei Zhang 《Synthetic and Systems Biotechnology》 2025年第3期897-906,共10页
L-carnitine is a quaternary amine compound essential for eukaryotic metabolism.It is mainly involved in the oxidative decomposition of medium-and long-chain fatty acids and provides energy for the body.Therefore,it is... L-carnitine is a quaternary amine compound essential for eukaryotic metabolism.It is mainly involved in the oxidative decomposition of medium-and long-chain fatty acids and provides energy for the body.Therefore,it is widely used in health care and food additives.As a pivotal transcriptional activator of L-carnitine metabolism,CaiF is notably activated by crotonobetainyl-CoA,a key intermediate product in the carnitine metabolic pathway.Capitalizing on this mechanism,a sophisticated biosensor was ingeniously developed.Nevertheless,it is worth mentioning that the biosensor currently exhibits a relatively restricted detection range,which results in some specific limitations in practical application scenarios.In this paper,we constructed a biosensor based on CaiF and developed a strategy for modifying this biosensor.The structural configuration of CaiF was formulated by computer-aided design,and the DNA binding site was simulated,which was verified by alanine scanning.Functional Diversity-Oriented Volume-Conservative Substitution Strategy of the key sites of CaiF was conducted to extend the dynamic range of the biosensor.The biosensor based on CaiFY47W/R89A,which exhibited a considerably expanded concentration response range,from 104 mM-10 mM,was obtained.The response range was 1000-fold wider and the output signal intensity was 3.3-fold higher to that of the control biosensor.These variants may have great value in improving the L-carnitine production process. 展开更多
关键词 transcription factor CaiF Detection range biosensor L-CARNITINE
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Development of a highly efficient p-coumaric acid-responsive biosensor in Saccharomyces cerevisiae
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作者 Xueqing Pang Jingyuan Zhu +4 位作者 Yuqing Li Jing Xiao Xinyu Zhang Depeng Ren Pingping Zhou 《Synthetic and Systems Biotechnology》 2025年第4期1284-1293,共10页
Developing biosensors to monitor and regulate intracellular biosynthesis pathways can significantly enhance natural product yields in microbial cell factories.This study created a novel biosensor in Saccharomyces cere... Developing biosensors to monitor and regulate intracellular biosynthesis pathways can significantly enhance natural product yields in microbial cell factories.This study created a novel biosensor in Saccharomyces cerevisiae to respond to p-coumaric acid,a critical precursor in the biosynthesis of polyphenols and flavonoids.This biosensor was constructed by expressing the BsPadR repressor from Bacillus subtilis and engineering hybrid promoters.Notably,the PBS1-CCW12 hybrid promoter exhibited tight regulation by BsPadR and enhanced activity in response to p-coumaric acid.However,excessive BsPadR expression negatively impacted yeast growth,which was mitigated by using weaker promoters,PBST1 and PERG9.Furthermore,the impact of nuclear localization signal(SV40-NLS)positioning on BsPadR functionality was explored,revealing that fusion of an SV40-NLS at the C-terminus of BsPadR enhanced the biosensor’s performance.To validate its utility,we applied this system to dynamically regulate CrtE(geranylgeranyl pyrophosphate synthase),a key enzyme in lycopene biosynthesis.By coupling p-coumaric acid production with lycopene biosynthesis,we enabled high-throughput colorimetric screening for enzyme evolution and strain selection.This novel biosensor serves as a valuable tool for future studies aimed at optimizing the production of p-coumaric acid and its derivatives in S.cerevisiae,thereby advancing the efficiency of biosynthetic processes in microbial cell factories. 展开更多
关键词 biosensor Saccharomyces cerevisiae p-Coumaric acid BsPadR transcriptional repressor Hybrid promoter
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