Intracellular biosensor-based dynamic regulation to manipulate gene expression at the spatiotemporal level

细胞内 生物传感器 细胞外 诱导剂 焊剂(冶金) 生产力 代谢工程 生物 计算生物学 细胞生物学 化学 生物化学 基因 经济 有机化学 宏观经济学
作者
Shenghu Zhou,Hal S. Alper,Jingwen Zhou,Yu Deng
出处
期刊:Critical Reviews in Biotechnology [Taylor & Francis]
卷期号:43 (4): 646-663 被引量:22
标识
DOI:10.1080/07388551.2022.2040415
摘要

The use of intracellular, biosensor-based dynamic regulation strategies to regulate and improve the production of useful compounds have progressed significantly over previous decades. By employing such an approach, it is possible to simultaneously realize high productivity and optimum growth states. However, industrial fermentation conditions contain a mixture of high- and low-performance non-genetic variants, as well as young and aged cells at all growth phases. Such significant individual variations would hinder the precise controlling of metabolic flux at the single-cell level to achieve high productivity at the macroscopic population level. Intracellular biosensors, as the regulatory centers of metabolic networks, can real-time sense intra- and extracellular conditions and, thus, could be synthetically adapted to balance the biomass formation and overproduction of compounds by individual cells. Herein, we highlight advances in the designing and engineering approaches to intracellular biosensors. Then, the spatiotemporal properties of biosensors associated with the distribution of inducers are compared. Also discussed is the use of such biosensors to dynamically control the cellular metabolic flux. Such biosensors could achieve single-cell regulation or collective regulation goals, depending on whether or not the inducer distribution is only intracellular.
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