近日，我国生物技术研究团队研发出一种可快速感知不同细胞生产芳香族化合物之间差异的生物传感器，可以具体检测细胞生产3－脱氢莽草酸（3-dehydroshikimate，DHS，一种芳香族化合物，可用于抗氧化剂、药物合成等）的差异。
芳香族化合物应用广泛
芳香族化合物作为一种碳氢化合物，历史上曾将一类从植物胶中取得的具有芳香气味的物质称为芳香族化合物，大自然中很多有香气的植物中都可以提炼出芳香族化合物，如桉树的叶、玫瑰的花、佛手柑的果皮等，这一族群也因此得名。
资料图 芳香族化合物
芳香族化合物广泛用于溶剂、医药、化学品生产等领域，具有上千亿美元的市场价值，DHS作为芳香族化合物的重要起始前体，是化工与药物合成的重要原料。
资料图 3－脱氢莽草酸分子图
但是目前，现代芳香族化合物主要通过化学合成和转化生产获取，这一过程会产生较严重的环境污染。因此，针对目前化学合成法的环境污染问题，通过构建微生物细胞工厂，实现生物制造生产DHS和芳香族化合物是一种创新、绿色、可持续发展的工业路线。如何快速准确地找到生产芳香族化合物能力最强的细胞，是目前生物制造方法亟待解决的问题。
而基因编码的生物传感器能够特异性识别细胞内的小分子物质并转化为可识别的表型（如荧光信号等），通过结合高通量筛选装置建立相应的小分子物质高通量筛选技术，可以为挖掘和改造获得性能优异的生物菌种资源提供保障。因此，开发获得能够充分表征小分子物质（代谢物）的生物传感器模块具有重要意义。
芳香族化合物生物传感器，检测速度提升60倍以上
该研究团队通过转录组辅助的代谢物感应（transcriptome-assisted metabolite-sensing，TAMES）策略，来高效挖掘代谢物的感应元件，并通过建立基于感应元件的生物传感器，将细胞内的小分子代谢物转化为可识别的表型（荧光信号等）用于小分子代谢物的高通量筛选，成功实现了DHS感应模块的发掘和应用。
该策略基于目标代谢产物生产菌和非生产菌株之间的选择性比较转录组分析和随后的RT-qRCR评估，逐级缩小范围并有效鉴定出可响应目标代谢物的感应模块。研究人员利用该策略鉴定了代谢物DHS的感应模块CusR，进一步构建了基于CusR的生物传感器和基于该DHS生物传感器的高通量筛选平台，筛选获得多株高产DHS的菌株，将DHS产量提高了90％以上。
资料图 3-脱氢莽草酸生物传感器示意图
该研究表明TAMES策略能有效挖掘获得感应特定代谢物的生物传感器，为开发其他小分子代谢物基于生物传感器的高通量筛选应用提供了借鉴。
研究人员介绍到，一般情况下，应用传统检测方法，检测1个DHS样品就需要10分钟；而利用这种生物传感器，每秒可以检测1000—2000个DHS样品，检测速度是传统检测方法的60万倍以上。这为高效、低成本开发绿色生物合成芳香族化合物的细胞提供了平台技术。
另外，生物传感器可以借助于现代光学检测仪器，在几个小时内从数十亿个细胞中分选出生产芳香族化合物能力强的那部分细胞，通过进一步检测分析，最终获得的最强细胞可用于生产满足不同应用的芳香族化合物，不仅绿色环保，还可以达到量产。