微生物育種技術正朝著自動化、標準化和系統(tǒng)化的方向發(fā)展，在短時間內(nèi)將設計構(gòu)建獲得大量工程菌種，如何快速、準確地篩選到目標高產(chǎn)菌種是工業(yè)菌種迭代的關鍵限速步驟。生物傳感器可將目標化合物的濃度信號轉(zhuǎn)化為熒光等易于檢測的信號，是菌種高通量篩選的重要工具。基于轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子（Transcriptional factor，TF）的生物傳感器被廣泛應用于菌種的高通量篩選和代謝途徑的動態(tài)調(diào)控。然而，天然TF的傳感性能往往難以滿足實際應用需求，目前主要通過定向進化或理性改造效應物結(jié)合域來提高其傳感性能，但由于效應物結(jié)合域一般超過200個氨基酸，建庫篩選的難度較大，且突變易改變其效應物響應特異性，因此急需發(fā)展更加簡便、有效、通用的TF型生物傳感器設計改造策略。

　　中國科學院天津工業(yè)生物技術研究所研究員鄭平團隊等以原核生物中轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子家族——LTTR家族的LysG和BenM為研究對象，通過分子對接、分子動力學模擬和定向進化等技術解析了效應物結(jié)合域與DNA結(jié)合域間的鉸鏈區(qū)的調(diào)控功能及其調(diào)控機制。研究進一步對僅包含約30個氨基酸的鉸鏈區(qū)進行定向進化，可快速獲得響應性能顯著提升的突變體，從而開發(fā)了一種TF型生物傳感器設計改造與性能提升的通用策略。該策略應用于堿性氨基酸生物傳感器LysG的改造提升，獲得的LysG突變體在賴氨酸合成關鍵酶的高通量篩選和合成途徑的動態(tài)調(diào)控中展示出更好的應用效果。

　　相關研究成果于近日發(fā)表在Biosensors & Bioelectronics上。研究工作得到國家研發(fā)計劃、國家自然科學基金、天津市合成生物技術創(chuàng)新能力提升行動、天津市合成生物學海河實驗室顛覆性創(chuàng)新類項目等的支持。

　　論文鏈接

LysG蛋白結(jié)構(gòu)的分子動力學模擬揭示鉸鏈區(qū)的調(diào)控功能