生物体中心代谢途径包括糖酵解，磷酸戊糖途径等重要的保守途径，对这些途径中代谢物的实时胞内检测可以广泛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，自然界中能够实现对中心代谢物监测的元件和方法缺乏，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的意义和应用前景。   

　　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带领的酶设计平台团队合作，实现了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，建立了磷酸戊糖途径中5-磷酸核糖-1-焦磷酸（PRPP）生物传感器，并以该蛋白作为模板，根据配体结合位置重新设计活性口袋来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，结合流式筛选提高了E4P生物传感器的响应度，并将该元件成功应用于筛选高产L-苯丙氨酸生产菌株及改造中。这项工作中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了一种策略，特别是对于无转录调控因子、无合适或未知结合蛋白的分子而言，提供了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了很好的技术支撑。  

　　该研究得到国家重点研发计划、中国科学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。天津工业生物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，研究员张大伟和林建平为论文共同通讯作者。 

　　文章链接 

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