近日，Biotechnology Advances在线发表了江南大学糖化学与生物技术教育部重点实验室刘龙教授课题组的综述论文“Genetically encoded biosensors for microbial synthetic biology: From conceptual frameworks to practical applications” (Yu et al., Biotechnology Advances. 2023. 62, 108077)。江南大学2019级博士生于文文为论文第一作者，刘龙教授为论文通讯作者。

合成生物学与代谢工程技术的主要目标是设计、构建微生物细胞工厂以实现高附加值化合物的绿色高效生产。然而，传统的代谢工程改造容易引起代谢流失衡、宿主代谢压力增加等问题，极大地降低了微生物细胞工厂合成目标化合物的性能。此外，由于代谢网络的复杂性与多样性，诱变筛选作为理性代谢改造策略的补充方法具有广泛的应用范围。然而，传统的基于生化性质的细胞表型检测方法，例如气/液相色谱和质谱等，存在样品前处理繁琐、检测通量低等问题，无法实现突变体文库的超高通量筛选。

基因编码型生物传感器（以下简称“生物传感器”）作为合成生物学领域的基本元器件，能够响应特定的输入信号并输出既定信号，进而实现代谢网络途径的动态调控与细胞表型的超高通量筛选。为了更好地理解和促进生物传感器在合成生物学与代谢工程领域的发展与应用，本文首先阐述了生物传感器的五个重要参数特性，包括特异性、灵敏度、响应范围、调控范围以及响应时间；其次，系统地解析比对了荧光蛋白型生物传感器、别构转录因子型生物传感器、核酸型生物传感器与双组分系统型生物传感器的工作原理与优缺利弊，并从检测筛选、定向进化、动态调控等多方面对已报道的生物传感器应用进行了描述；最后，讨论并展望了生物传感器在代谢工程与合成生物学领域面临的挑战、可能的解决策略以及未来的发展前景。

上述研究工作得到了国家重点研发项目（2020YFA0908300）、国家自然科学基金（31930085、32021005）、中央高校基本科研专项资金（JUSRP52019A、JUSRP121010、JUSRP221013）等项目的资助。

图1 荧光蛋白型生物传感器的工作原理示意图

图2 别构转录因子型生物传感器的设计、构建与优化

图3 核酸型生物传感器的工作原理示意图

图4 双组分系统型生物传感器的组成与优化

图5 基因编码型生物传感器的应用示意图