【前沿速递】天木设备助力山东大学构建“通用传感器平台”，成功筛选产11.5 g/L 1,3-丙二醇高产菌株
导语
在合成生物学领域，生物传感器如同细胞的“眼睛”，能够感知体内代谢物的浓度变化，并将其转化为可观测的荧光信号。有了它，科学家就能“看”到哪个细胞产出的目标产物更多，从而高效筛选出“优等生菌株”。
然而，一个天然的生物传感器通常只“认识”它天然的配体（比如1,2-丙二醇），对于结构类似但更重要的工业化学品（如1,3-丙二醇和1,4-丁二醇）却“视而不见”。如何将一双“专一的眼睛”改造为“通用的眼睛”，是代谢工程领域的重大挑战。
近日，国际权威期刊 《Biosensors and Bioelectronics》 发表了山东大学祁庆生/王倩教授团队的重磅研究成果。研究团队成功“重编程”了一种天然转录因子PocR，使其能够精准响应非天然配体1,3-丙二醇（1,3-PDO） 和1,4-丁二醇（1,4-BDO），并最终利用这套系统，结合天木生物的核心设备，成功筛选出一株1,3-丙二醇产量高达11.5 g/L的高产菌株，是原始菌株产量的两倍。
一、研究背景与难点
1,3-丙二醇是重要的平台化学品，但自然界缺乏能特异性响应它的生物传感器。核心难点在于：如何让一个只识别1,2-丙二醇的蛋白，学会识别结构不同的新分子，同时保持低背景和高动态范围。
二、研究内容：四步实现蛋白重编程
1. 搭建原型机
将肺炎克雷伯菌的PocR蛋白（天然感应1,2-丙二醇）在大肠杆菌中重构，构建了基于sfGFP的荧光报告系统。
2. 发现关键突变D152N
通过易错PCR和双筛选平台，获得能感应1,3-丙二醇的初代突变体P1-1。关键突变D152N位于蛋白二聚体界面，将配体结合口袋体积从173 ų扩大到316 ų，为容纳更长链底物创造了空间。
图：野生型与突变型PocR结构间氢键网络的比较。
3. 进化出1,4-丁二醇传感器
以P1-1为模板进行第二轮进化，获得能特异性响应1,4-丁二醇的突变体P2-1和P2-2。只有在P1-1基础上进化才能获得此能力，说明构象预适应性至关重要。
4. 半理性设计提升动态范围
通过分子动力学模拟和饱和突变，获得Q107E/D152N双突变体，动态范围提升至3.9倍。
三、终极验证：液滴微流控筛选高产菌株
研究团队将优化后的传感器与高通量微流控平台结合。让肺炎克雷伯菌（生产者）与携带传感器的大肠杆菌（检测者）在同一个微液滴中共培养——生产者分泌的1,3-丙二醇激活大肠杆菌发出荧光，荧光越亮意味着产量越高。
通过天木生物高通量皮升级液滴单细胞分选系统DREM cell，团队以每秒约2000个液滴的速度，高效分选了160万个微液滴，成功获得一株产量达11.5 g/L的高产菌株，是野生型的两倍。
图：筛选出的高产菌株在摇瓶发酵中的产量，最高达11.5 g/L，是野生型的两倍
四、天木生物设备的突出贡献
本研究成功落地，离不开天木生物核心设备的重要支撑：
1. 核心设备提供者：DREM Cell微流控系统及微流控芯片均由天木生物提供，是实现160万微液滴高通量分选的基石。
2. 技术方案实现者：该平台以2000液滴/秒的分选速度和稳定的微滴生成技术，将蛋白工程改造后的传感信号转化为精准筛选过程。
3. 全面技术支持：天木生物在实验过程中提供关键技术指导，体现了全方位的服务能力。
五、结论与展望
本研究建立了“蛋白定向进化 + 高通量微流控筛选”的闭环技术体系，成功开发了两种重要化学品的生物传感器，并指导菌株工程化改造获得产量翻倍。该平台为未来开发针对多种目标化合物的传感器提供了通用范式。
【前沿速递】天木设备助力山东大学构建“通用传感器平台”，成功筛选产11.5 g/L 1,3-丙二醇高产菌株
导语
在合成生物学领域，生物传感器如同细胞的“眼睛”，能够感知体内代谢物的浓度变化，并将其转化为可观测的荧光信号。有了它，科学家就能“看”到哪个细胞产出的目标产物更多，从而高效筛选出“优等生菌株”。
然而，一个天然的生物传感器通常只“认识”它天然的配体（比如1,2-丙二醇），对于结构类似但更重要的工业化学品（如1,3-丙二醇和1,4-丁二醇）却“视而不见”。如何将一双“专一的眼睛”改造为“通用的眼睛”，是代谢工程领域的重大挑战。
近日，国际权威期刊 《Biosensors and Bioelectronics》 发表了山东大学祁庆生/王倩教授团队的重磅研究成果。研究团队成功“重编程”了一种天然转录因子PocR，使其能够精准响应非天然配体1,3-丙二醇（1,3-PDO） 和1,4-丁二醇（1,4-BDO），并最终利用这套系统，结合天木生物的核心设备，成功筛选出一株1,3-丙二醇产量高达11.5 g/L的高产菌株，是原始菌株产量的两倍。
一、研究背景与难点
1,3-丙二醇是重要的平台化学品，但自然界缺乏能特异性响应它的生物传感器。核心难点在于：如何让一个只识别1,2-丙二醇的蛋白，学会识别结构不同的新分子，同时保持低背景和高动态范围。
二、研究内容：四步实现蛋白重编程
1. 搭建原型机
将肺炎克雷伯菌的PocR蛋白（天然感应1,2-丙二醇）在大肠杆菌中重构，构建了基于sfGFP的荧光报告系统。
2. 发现关键突变D152N
通过易错PCR和双筛选平台，获得能感应1,3-丙二醇的初代突变体P1-1。关键突变D152N位于蛋白二聚体界面，将配体结合口袋体积从173 ų扩大到316 ų，为容纳更长链底物创造了空间。
图：野生型与突变型PocR结构间氢键网络的比较。
3. 进化出1,4-丁二醇传感器
以P1-1为模板进行第二轮进化，获得能特异性响应1,4-丁二醇的突变体P2-1和P2-2。只有在P1-1基础上进化才能获得此能力，说明构象预适应性至关重要。
4. 半理性设计提升动态范围
通过分子动力学模拟和饱和突变，获得Q107E/D152N双突变体，动态范围提升至3.9倍。
三、终极验证：液滴微流控筛选高产菌株
研究团队将优化后的传感器与高通量微流控平台结合。让肺炎克雷伯菌（生产者）与携带传感器的大肠杆菌（检测者）在同一个微液滴中共培养——生产者分泌的1,3-丙二醇激活大肠杆菌发出荧光，荧光越亮意味着产量越高。
通过天木生物高通量皮升级液滴单细胞分选系统DREM cell，团队以每秒约2000个液滴的速度，高效分选了160万个微液滴，成功获得一株产量达11.5 g/L的高产菌株，是野生型的两倍。
图：筛选出的高产菌株在摇瓶发酵中的产量，最高达11.5 g/L，是野生型的两倍
四、天木生物设备的突出贡献
本研究成功落地，离不开天木生物核心设备的重要支撑：
1. 核心设备提供者：DREM Cell微流控系统及微流控芯片均由天木生物提供，是实现160万微液滴高通量分选的基石。
2. 技术方案实现者：该平台以2000液滴/秒的分选速度和稳定的微滴生成技术，将蛋白工程改造后的传感信号转化为精准筛选过程。
3. 全面技术支持：天木生物在实验过程中提供关键技术指导，体现了全方位的服务能力。
五、结论与展望
本研究建立了“蛋白定向进化 + 高通量微流控筛选”的闭环技术体系，成功开发了两种重要化学品的生物传感器，并指导菌株工程化改造获得产量翻倍。该平台为未来开发针对多种目标化合物的传感器提供了通用范式。
