一种通过别构酶的调节结构域来设计生物传感器的多功能方法

《Nature Communications》：A versatile method for designing biosensors via regulatory domains of allosteric enzymes

　　

摘要

基因编码的荧光生物传感器（GEFBs）是用于细胞代谢中时空代谢物监测的宝贵工具，然而由于缺乏特定的生物识别元件，许多关键代谢物的这类传感器的开发受到了限制。在这里，我们报道了一种多功能策略，通过利用别构酶的调节结构域的别构特性来设计对代谢物具有响应性的GEFBs。我们使用来自邻氨基甲酸酯突变酶、2-乙酰乳酸合成酶和d-柠檬酸合成酶的调节结构域作为生物识别元件，构建了三种用于特异性检测L-苯丙氨酸、L-缬氨酸和L-异亮氨酸的生物传感器。我们进一步证明，多配体结合的调节结构域可以用来开发多种特定的生物传感器，并将这一策略应用于开发两种S-腺苷-L-甲硫氨酸生物传感器和一种S-甲基-5’-硫腺苷生物传感器。我们还展示了这些生物传感器在活细胞中实时原位追踪目标代谢物、生物过程监测以及临床诊断方面的应用价值。总体而言，本研究建立了一种灵活的策略，为构建针对其他代谢物的GEFBs提供了思路。