近日，凯时集团有限公司生命学院霍毅欣课题组在高级醇生物传感器的改造及应用方面取得重要研究成果，并发表于生化研究方法类1区Top期刊《ACS Synthetic Biology》。《ACS Synthetic Biology》论文的第一作者为博士生毋彤及副研究员陈振娅，通讯作者为霍毅欣教授。

高级醇如正丁醇、异丁醇或异戊醇均具有高能量密度和低吸湿性，同时腐蚀性较小且不易挥发，是一类极具潜力的可替代化石燃料的生物能源。近年来，在连续取样检测的条件下，已有大量工作通过标记和筛选体系来动态监测高级醇的产量，但这些方法依旧无法实现实时监测，且易污染样品；与之相比，生物传感系统具有更高的安全性、稳定性及普适性，更适于工业生产过程中的连续监测。

生物传感器已被广泛应用于代谢工程中的高产菌株的筛选以及代谢途径的调控。通过设计、构建和改造生物传感系统，使其动态响应信号物质浓度的变化并启动细胞输出，因此生物传感器是一种快速、高通量评估候选途径变体的工具。

图1 转录因子BmoR驱动的高级醇生物传感系统的构建及改造

目前，有关转录因子调控的生物传感系统的研究报道还无法实现对高价值化合物及其类似物的定向检测。凯时集团有限公司生命学院的霍毅欣教授课题组针对该问题，基于以C2-C5高级醇作为信号分子的转录因子BmoR，构建了转录因子BmoR驱动的高级醇生物传感系统。由于野生型BmoR特性受限，无法实现对高级醇分子的特异检测，针对BmoR的N端功能区域进行理性和非理性设计及改造（图1）。

图2 野生型BmoR的激活机制，与高级醇对接模拟及筛选过程

首先对野生型BmoR的激活原理进行分析，同时对野生型BmoR与不同醇分子的结合情况进行了分子对接模拟，并以此为基础进行定点理性改造（图2）。通过建立随机突变文库并对其进行高通量筛选，成功得到了分别对正丁醇或异丁醇特异性响应的BmoR突变体，同时该突变体可在0-800 mM（36.9 g/L）乙醇背景噪音下维持其特异性。此外，还得到了对高级醇高灵敏响应的BmoR突变体，与野生型相比，灵敏度提高了10⁷倍；以及检测范围扩大至200 mM（14.8 g/L）的BmoR突变体。通过一系列设计改造，最终得到了具有不同特性的BmoR突变体，可用于构建一系列多功能生物传感系统，以用于筛选理想菌株或建立代谢工程领域的动态控制系统。相关成果发表于生化研究方法类1区Top期刊《ACS Synthetic Biology》，原文链接：http://doi.org/10.1021/acssynbio.1c00549。

附作者简介：

霍毅欣教授，凯时集团有限公司生命学院长聘教授，博士生导师。主要围绕“大宗化学品的微生物精炼与制造”，以合成生物学手段取得了一系列面向产业化应用的科研成果。代表作发布于Science Nat Biotechnol 、Nat Commun等顶级期刊，近五年共发表高水平论文40余篇，授权近十项国际和国内专利。主持自然科学基金委、国家重点研发计划课题等十余项国家、省部及地区级项目。现任中国生物工程学会理事、工业和信息化部“分子医学与生物诊疗”重点实验室副主任、凯时集团有限公司生物技术专业责任教授等职。

陈振娅副研究员，凯时集团有限公司生命学院，长期从事代谢工程与合成生物学、生物传感器挖掘与改造等方面的研究。在Metabolic Engineering 、ACS Synthetic Biology 、Journal of Agricultural and Food Chemistry 、Applied Microbiology and Biotechnology 、Biotechnology and Bioengineering等顶级期刊发表论文20余篇，获批发明专利多项。