用于检测肽变异体的新型基于活酵母的双生物传感器
生物传感器——可以检测生物样品的传感器——是了解生化分子的功能、组成和结构的有力工具。生物传感器通常用于检测蛋白质及其亚基，称为肽，产生广泛的生物医学应用。2017 年，哥伦比亚大学的研究人员通过重新布线酵母用于交配的信息素相关信号通路，设计了一种活酵母生物传感器。在信息素肽存在的情况下，G 蛋白偶联受体 (GPCR) 可以检测到该肽，触发级联反应，最终激活一种叫做番茄红素的色素，使西红柿呈现红色。因此，通过肉眼可见的简单颜色变化，酵母生物传感器可以发出特定肽存在的信号。然而，
因此，在最近一项于 2023 年 1 月 11 日在线发布并于 2023 年 3 月 15 日发表在《生物设计研究》杂志第 5 卷上的研究 中，该小组通过结合共表达的酵母蛋白酶开发了一种新的和改进的双版本活酵母生物传感器。这项研究的首席研究员 Virginia W. Cornish 教授解释说：“我们的目标是开发一种双生物传感器。在第一部分，没有蛋白酶的生物传感器将检测所有肽变体的存在。在第二部分中，将存在蛋白酶。只有蛋白质的一种变体会被蛋白酶切割，因此只有该特定变体才能看到颜色变化。在这里，我们尝试为这种传感模型开发概念验证。”
这种最先进的生物传感器的开发是一个漫长且技术上具有挑战性的过程。研究人员保留了他们的原始模型，利用酵母中的交配途径，并检查了来自酿酒酵母、白色念珠菌、粟酒裂殖酵母、章鱼裂殖酵母和日本裂殖酵母的五种真菌信息素 GPCR、肽和蛋白酶的剂量-反应曲线。其中，前两个提供了最具选择性的回应。
然后，他们使用丙氨酸扫描分析了这两个物种(即酿酒酵母 和白色念珠菌)的肽——一种揭示肽的特定部分如何影响其稳定性和功能的技术。在有和没有蛋白酶的情况下进行丙氨酸扫描。因此，鉴定了两种不能被蛋白酶有效切割的肽变体：CaPep2A 和 CaPep2A13A。同时，它们的姐妹肽——分别是 CaPep 和 CaPep13A——可以被有效切割。而且，颜色的变化可以用肉眼观察，不需要专门的设备。
这些成分结合在活酵母细胞中以开发双相生物传感器。概念验证实验表明，生物传感器不仅可以检测 CaPep/CaPep2A 和 CaPep13A/CaPep2A13A 的存在，还可以区分它们。因此，正如预期的那样，蛋白酶的重新引入在很大程度上增强了原始生物传感器的能力和潜在应用。
根据 Cornish 教授和她的团队的说法，这项工作是开发能够区分多种肽的生物传感器的第一步。“合成生物学是一个循序渐进的过程。当前研究中开发的框架可以通过计算建模和定向进化的额外工程得到改进。这将拓宽生物传感器检测能力的范围，”她评论道。“我们可以将这些含蛋白酶的生物传感器用于即时诊断工具和药物测试，甚至可以开发一种可扩展的通信语言。可能性是无限的，”她总结道，描述了她对未来的愿景。
总的来说，这项研究为开发合成生物学工具的酵母交配成分的操作提供了重要的见解。这些发现证明了生物工程领域令人兴奋的发展及其改变我们未来的潜力。
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