提高遗传传感器技术的精度和适应性

基因传感器通过调节对环境刺激的基因表达，在生物体内发挥着至关重要的作用。尽管它们意义重大，但它们的发展受到了诸如来源生物生长速度缓慢以及精度和灵敏度限制等挑战的阻碍

以前的研究旨在利用这些自然传感能力来应对粮食安全、可持续制造、诊断和医疗保健等紧迫的全球挑战。这些努力强调了推进基因传感器技术以提高其在各个领域的效率和适用性的重要性

在Thomas Gorochowski博士最近领导的一项研究中，研究人员突破了基因传感器技术的界限。这篇发表在2024年6月25日《生物设计研究》杂志上的综述确定了更高效、更通用的生物传感器，能够以高特异性和灵敏度检测广谱物质

在回顾他们的工作时，Gorochowski博士强调，“随着合成生物学解决方案向现实世界的应用迈进，嵌入先进的传感和控制机制对于确保其安全可靠的部署至关重要。”

他们的研究方法侧重于探索不同的基因传感器架构，每种架构都旨在提高各种应用的灵敏度和特异性。他们研究的核心是基于蛋白质的传感器，它直接与靶分子结合，影响基因表达

这些传感器通过单组分系统和双组分系统运行，其中单个蛋白质检测靶标，双组分包括传感器组氨酸激酶和反应调节器。这种双重方法确保了针对特定环境或生物医学目标定制的强大检测能力

RNA适体代表了其研究的另一个关键方面，位于转录物的5'-UTR中。这些适体形成复杂的结构，在与特定靶分子结合时阻碍翻译。RNA适体以其在检测具有高特异性的广谱靶标方面的多功能性而闻名，是基因传感器技术中不可或缺的工具，可以精确控制基因表达动力学

他们的研究还包括显著提高传感器能力的创新合成方法。代谢途径传感（SEMP）等技术被用于设计能够将目标分子转化为可检测形式的合成代谢途径

同时，Toehold开关（THS）利用合成RNA结构，调节对特定RNA靶标的翻译。此外，CRISPR-Cas系统对RNA传感的适应提供了对基因表达的前所未有的控制，突出了其合成策略的多功能性和适应性

除了探索的传感器类型的多样性之外，基因传感器与光和电信号的集成代表着技术的重大飞跃。这项创新允许对基因表达动力学进行精确控制，利用电子和光学设备扩展基因传感器在诊断和环境监测中的能力。通过将生物系统与这些技术相结合，研究团队扩大了基因传感器的应用范围，有望对科学学科产生变革性影响

这项研究的发现具有重大意义，特别是在重塑医疗保健诊断、环境监测和生物技术应用方面

随着更高效的基因传感器的开发，其精度和灵活性得到了提高，这表明这些传感器将在个性化医疗、可持续资源管理和工业生物技术中发挥关键作用。这一进展有望彻底改变我们检测疾病、监测环境健康和优化工业流程的方式，为应对各种全球挑战的进步铺平道路

总之，这篇综述强调了基因传感器技术的变革潜力。通过揭示传感器开发和部署的复杂性，这项研究为合成生物学和生物医学工程的未来创新奠定了坚实的基础。

Gorochowski博士强调了他们工作的重要性，他说：“合成生物学中的控制过程已经出现，将控制工程原理进一步集成到基因传感器设计中对其在日常应用中的广泛部署至关重要。”

这种前瞻性的方法不仅促进了科学理解，还为解决医疗保健、可持续性和工业过程中的复杂挑战的实际应用奠定了基础 More information: Shivang Hina-Nilesh Joshi et al, Accelerating Genetic Sensor Development, Scale-up, and Deployment Using Synthetic Biology, BioDesign Research (2024). DOI: 10.34133/bdr.0037