基于转录因子YpItcR定向进化构建高灵敏度氨基酸生物传感器的创新策略

针对氨基酸(AA)生物传感器特异性不足的瓶颈问题，研究人员以Yersinia pestis来源的转录因子YpItcR为基础，通过定向进化技术成功开发出可特异性检测L-谷氨酸(L-glutamic acid)、L-赖氨酸(l-lysine)和L-苏氨酸(L-threonine)的突变体，其中Thr-4突变体对L-苏氨酸的荧光响应强度提升88.25倍。该研究为AA高产菌株的高通量筛选提供了新型工具，相关成果发表于《Microchemical Journal》。

　　

在氨基酸(AA)工业化生产的浪潮中，传统代谢工程方法已难以满足高产菌株的性能提升需求。尽管基于生物传感器的高通量筛选技术展现出巨大潜力，但现有AA生物传感器普遍存在"交叉识别"的致命缺陷——经过改造的转录因子往往难以摆脱对原始AA的识别，严重干扰检测结果。这一困境背后，是AA分子结构高度相似的天然特性，使得特异性改造如同"大海捞针"。

安徽某高校研究团队独辟蹊径，将目光投向一种特殊物质——衣康酸(ITA)。这种结构与AA相似但不存在于常规代谢途径的C₅有机酸，其对应的转录因子YpItcR来自假结核耶尔森菌(Yersinia pseudotuberculosis)。研究人员巧妙利用该系统的"空白背景"优势，通过构建红色荧光蛋白(RFP)报告系统，对YpItcR进行定向进化。采用易错PCR技术随机突变转录因子编码区，最终获得Glu-3、Lys-5和Thr-4三个明星突变体，在添加10 mM相应AA时，RFP荧光强度分别提升16.52、47.95和88.25倍。更引人注目的是，该研究首次报道了特异性识别L-天冬氨酸的生物传感器，并创新性开发出"反向筛选"策略——通过Thr-i突变体实现L-苏氨酸添加时的RFP表达抑制。

关键技术包括：1) 以假结核耶尔森菌为模板PCR扩增YpItcR基因及其结合位点P_ccl启动子；2) 建立RFP诱导表达系统作为报告平台；3) 易错PCR介导的转录因子随机突变；4) 流式细胞术高通量筛选。

【主要发现】

1. 构建与表征：成功在E. coli中重建YpItcR/P_ccl系统，证实其可通过结合ITA激活下游基因转录。
2. 突变体筛选：获得对L-谷氨酸、L-赖氨酸和L-苏氨酸具有显著特异性的突变体，荧光响应提升最高达88倍。
3. 反向验证：合成Thr-i突变体实现L-苏氨酸的负调控效应，拓展生物传感器应用场景。

该研究突破性地提出"非代谢物转录因子改造"策略，有效规避了传统AA生物传感器的背景干扰问题。通过YpItcR的定向进化，不仅获得系列高灵敏度AA检测工具，更为合成生物学元件设计提供了新范式。特别值得关注的是，该团队开发的L-天冬氨酸生物传感器属全球首例，为AA产业的高效育种注入新动能。正如作者Xiushan Zhang等强调的，这种"借道ITA，精准识别AA"的研究思路，有望成为微生物细胞工厂性能升级的通用技术平台。