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生物体中心代谢包括糖酵解途径、磷酸戊糖途径等保守途径，对这些途径中代谢物的实时胞内检测可应用在代谢途径监控、工业微生物育种、医学诊断等领域。然而，自然界中缺乏能够实现对中心代谢物监测的元件和方法，现有的小分子监测生物传感器的种类和数量很少，挖掘生物传感元件，研究传感机理并应用到重要代谢途径的监测具有重要意义和应用前景。
中国科学院天津工业生物技术研究所研究员张大伟带领的蛋白质合成与微生物代谢研究团队，与研究员林建平率领的酶设计平台团队合作，实现在同一个蛋白模板上建立糖酵解途径（EMP）和磷酸戊糖途径（PPP）中3个生物传感器。研究人员基于蛋白型生物传感器机理，以人源的次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶（HGPRT）为配体结合域，建立磷酸戊糖途径中5-磷酸核糖-1-焦磷酸（PRPP）生物传感器，并以该蛋白为模板，根据配体结合位置重新设计活性口袋，以识别新的磷酸戊糖途径代谢物赤藓糖-4-磷酸（E4P）和糖酵解代谢物3-磷酸甘油酸（3PG）。此外，结合流式筛选提高E4P生物传感器的响应度，将该元件应用于筛选高产L-苯丙氨酸生产菌株及改造。该研究中3个生物传感器均由一个目标蛋白设计而成，为大范围分子生物传感器的计算设计及开发提供一种策略，特别是对无转录调控因子、无合适或未知结合蛋白的分子，提供一种构建其生物传感元件的方法，为实时动态检测糖酵解途径与磷酸戊糖途径的代谢提供技术支撑。
研究工作得到国家重点研发计划、中科院相关项目和天津市相关项目的支持，相关研究成果发表在Biosensors and Bioelectronics上。天津工生所博士研究生丁冬芹和助理研究员李金龙为论文共同第一作者，张大伟和林建平为论文共同通讯作者。
基于计算机设计中心代谢途径产物生物传感器示意图
计算与设计蛋白与配体识别新分子流程图
研究团队单位：天津工业生物技术研究所