近日，山东大学微生物改造技术全国重点实验室高超/马翠卿团队与上海交通大学微生物代谢全国重点实验室许平团队合作，在Nature Communications 在线发表题为“A versatile method for designing biosensors via regulatory domains of allosteric enzymes”的研究论文。山东大学博士后康照琪、博士生徐蓉和韩萍，已毕业硕士生张慧、博士生侯爽为论文共同第一作者，许平教授与高超教授为论文共同通讯作者，山东大学微生物改造技术全国重点实验室为第一完成单位和通讯作者单位。

遗传编码荧光生物传感器（Genetically encoded fluorescent biosensor，GEFB）是由生物识别元件与荧光报告元件构成的融合蛋白，能够将代谢物浓度变化转化为实时荧光信号，是解析单细胞代谢动态的重要工具。高性能GEFB的开发依赖能够特异识别目标分子并产生构象变化的生物识别元件。现有设计多采用细菌转录调控因子承担分子识别功能，但其通常感应胞外代谢物。多种胞内核心代谢物，如L-苯丙氨酸、S-腺苷-L-甲硫氨酸等仍缺少合适的识别元件，限制了相关生物传感器的开发。

变构酶是生物体中代谢稳态调控的核心元件，其调控结构域能够特异性结合胞内代谢物并发生构象变化。基于这一特征，本研究首次建立以变构酶调控结构域为模块化识别元件的GEFB开发新策略，确定了大肠杆菌分支酸变位酶（PheA）、α-乙酰乳酸合酶（ALS）、问号钩端螺旋菌D-柠苹酸合酶（CimA），以及堀越火球菌rRNA尿嘧啶N³甲基转移酶（MTH1）的调控结构域，可分别特异性识别L-苯丙氨酸、L-缬氨酸、L-异亮氨酸及S-腺苷-L-甲硫氨酸，并发生构象改变。通过将上述调控结构域与环状重排超折叠黄色荧光蛋白（cpSFYFP）相结合，研究团队构建了一系列可特异性检测上述胞内代谢物的高性能GEFB。相关生物传感器可实现活细菌及活细胞中代谢动态的实时、原位监测，还可用于发酵体系及临床样品中目标物的快速、高通量、低成本分析。该工作为胞内代谢物GEFB的开发提供了新的设计思路，也为代谢研究、发酵监测和临床检验提供了新的技术工具。

基于变构酶调控结构域构建遗传编码荧光生物传感器的原理与流程

该研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国博士后科学基金、山东省自然科学基金、山东省博士后项目等资助，西北妇女儿童医院医学遗传中心强荣主任在临床样本采集中作出重要贡献，山东大学生命环境研究公共技术平台在共聚焦成像方面给予了大力支持。