RolR 蛋白質(zhì)源自谷氨酸棒狀桿菌，屬于 TetR 家族阻遏蛋白。在自然界中，它功能專一明確：通過識別并結(jié)合“間苯二酚”（廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)的化學(xué)品），調(diào)控細(xì)菌基因表達(dá)，幫助細(xì)菌應(yīng)對環(huán)境中的間苯二酚，趨利避害。

這種“專一性”在科研中既是優(yōu)勢也是局限?？茖W(xué)家們意識到，若能讓 RolR“學(xué)會”識別更多分子，就能開發(fā)出低成本、高靈敏度的生物傳感器，應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測（如檢測工業(yè)廢水中的有害芳香族物質(zhì)）、藥物合成（實時監(jiān)測藥物中間體濃度）乃至疾病診斷（識別與疾病相關(guān)的分子標(biāo)志物）。 

為讓 RolR 獲得新能力，研究人員采用“定向進(jìn)化”技術(shù)，模擬自然進(jìn)化過程加速功能優(yōu)化，分三個關(guān)鍵步驟推進(jìn)：

RolR 通過“配體結(jié)合口袋”識別底物間苯二酚，口袋的形狀和氨基酸組成決定其能結(jié)合的分子種類。研究人員篩選出 19 個位于口袋內(nèi)或附近的關(guān)鍵氨基酸。通過“組合活性位點飽和測試（CAST）”和“迭代飽和誘變（ISM）”技術(shù)，對這些氨基酸進(jìn)行精準(zhǔn)突變，創(chuàng)造海量 RolR 變體（圖 1.A-C）。值得注意的是，研究人員特意保留氨基酸 D149——這是 RolR 識別間苯二酚的“關(guān)鍵抓手”，突變會導(dǎo)致其完全失去功能。

突變后的變體庫中，只有少數(shù)能同時滿足兩個條件：既能正常結(jié)合 DNA 調(diào)控基因（保證基礎(chǔ)功能），又能被新目標(biāo)分子“激活”（獲得新功能）。研究人員利用 TetA antiporter 蛋白設(shè)計了“雙重選擇”系統(tǒng)（圖 1D，圖 2）： 

這種篩選方式可以高效剔除“不合格”變體，最終留下“功能完備+新分子響應(yīng)”的優(yōu)質(zhì)候選者。

研究團(tuán)隊并未止步于第一代變體。他們以識別兒茶酚的變體為模板，繼續(xù)突變優(yōu)化，最終獲得了能識別 6 種新分子的 RolR 變體，包括：

生物傳感器的實用性，很大程度上取決于它能否在不同宿主中工作。研究團(tuán)隊將改造后的 RolR 變體“移植”到釀酒酵母（一種常用的真核生物模型）中（圖 3），發(fā)現(xiàn)：

從專一識別間苯二酚，到成為能分辨多種分子的“多面手”，RolR 的改造歷程展示了合成生物學(xué)的核心魅力——通過精準(zhǔn)操控生物分子，能賦予生命全新的功能，解決人類面臨的實際問題。這套定向進(jìn)化框架不僅適用于 RolR，還能推廣到其它 aTF 和配體結(jié)合蛋白，為開發(fā)更多“定制化”生物傳感器打開了大門?；蛟S在不久的將來，這些微小的蛋白質(zhì)傳感器會走進(jìn)我們的生活，成為環(huán)境、健康和工業(yè)生產(chǎn)的“隱形守護(hù)者”。 

是 Molecular Devices 公司推出的一款高通量自動化菌落挑取儀（colony picker），主要應(yīng)用于微生物學(xué)、分子生物學(xué)及合成生物學(xué)等領(lǐng)域的實驗操作。其核心功能是：

相關(guān)產(chǎn)品鏈接：