放线菌作为一类重要的微生物细胞工厂，在生产活性天然产物方面具有显著优势，广泛应用于工业生产。全细胞生物传感器能够将目标化合物浓度转化为可检测的荧光信号，与液滴微流控平台结合后，可实现放线菌产物的高效检测和菌株的高通量筛选。然而，微生物能够响应环境刺激，调节自身的生长分裂速率和基因表达强度，在液滴条件下，全细胞生物传感器在检测不同浓度目标化合物时，常表现出细胞密度和基因表达的异质性，且难以准确测量。这一问题严重影响了基于生物传感器的液滴微流控筛选的阳性率和准确性，增加了复验工作量。

中国科学院天津工业生物技术研究所王猛研究员带领的高通量编辑与筛选平台实验室开发了一种基于双荧光全细胞生物传感器的液滴微流控筛选平台。该研究首次揭示了目标化合物浓度、传感器细胞密度与荧光信号强度之间存在幂函数关系，并发现细胞密度在该关系中具有更高的弹性系数。为解决生物传感器在液滴筛选中的异质性问题，研究团队在GFP荧光报告系统用于报告目标产物浓度的基础上，引入mCherry荧光报告系统，实时监测液滴环境中生物传感器的细胞群体密度和蛋白表达情况。这一策略实现了目标化合物检测浓度的自我校准，有效消除了细胞异质性对检测结果的影响。

基于此，团队建立了双荧光生物传感器驱动的液滴微流控筛选平台，并通过人工混库筛选实验验证了其概念。与单荧光FADS相比，双荧光FADS的富集率提高了1倍以上。在两种不同初始红霉素产量的红色糖多孢菌随机突变文库筛选中，双荧光FADS的阳性率较传统单荧光FADS方法提高了11.9%至24.2%，充分证明了该方法的有效性。利用此平台，团队从红霉素工业菌株出发，成功将红霉素产量提升了近20%，并通过比较基因组学分析鉴定了一系列有益突变位点，为后续的理性代谢工程改造提供了重要指导。该研究开发的双荧光生物传感器液滴微流控筛选平台为放线菌菌株改造和天然产物资源利用提供了新的工具。此外，该研究提出的合成生物学策略还可拓展至其他基因编码生物传感器的改造，从而提升其在高通量筛选天然产物生产菌株中的性能。

该工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院青年创新促进会项目和合成生物学海河实验室重大攻关类项目的支持，相关研究结果已在国际期刊Biosensors & Bioelectronics上发表。天津科技大学联合培养研究生赵龙千为第一作者，天津工业生物技术研究所张玥副研究员和王猛研究员为论文的共同通讯作者。

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基于双荧光生物传感器的FADS平台进行菌株筛选的流程和原理