无ATP脂肪醛生物合成实现了自主型基于Lux的生物发光系统

自主生物发光系统通过对荧光素酶及其底物生物合成通路进行遗传编码，使工程化生物体能够持续发光，为生物过程的无创长期监测提供了强有力的平台。然而，生物发光输出对底物可用性和宿主代谢状态高度敏感，在能量受限条件下常常导致信号不稳定。本文报道了一种用于细菌 Lux 生物发光系统的替代性荧光素生物合成策略，其中依赖三磷酸腺苷（ATP）的 LuxEC 复合体被双加氧酶（DOX）取代；该酶可在不消耗 ATP 的情况下直接将脂肪酸转化为脂肪醛。借助机器学习引导的定向进化，我们构建了 DOX 变体，在与细菌荧光素酶偶联时可显著增强生物发光强度。最终获得的无 ATP 依赖的 Lux 生物发光系统实现了单细胞水平的生物发光成像，并在多种抗生素处理条件下保持稳定发光，表明其对代谢扰动具有更强的稳健性。

自主生物发光系统通过对荧光素酶及其底物生物合成通路进行遗传编码，使工程化生物体能够持续发光，为生物过程的无创和长期监测提供了强有力的平台。然而，生物发光输出对底物可用性和宿主代谢状态高度敏感，在能量受限条件下常常导致信号不稳定。在此，我们报道了一种用于细菌 Lux 生物发光系统的替代性荧光素生物合成策略，其中以 α-双加氧酶（αDOX）替代依赖三磷酸腺苷（ATP）的 LuxEC 复合物；αDOX 能够在不消耗 ATP 的情况下直接将脂肪酸转化为脂肪醛。借助机器学习引导的定向进化，我们构建了 αDOX 变体，在与细菌荧光素酶偶联时可显著增强生物发光强度。由此获得的无 ATP 依赖的 Lux 生物发光系统实现了单细胞水平的生物发光成像，并在多种抗生素处理条件下保持稳定发光，表明其对代谢扰动具有更强的稳健性。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.07.30.741946v1?rss=1

🏷️ 生物发光系统 Lux系统 脂肪醛生物合成 机器学习引导进化 单细胞成像 抗生素稳健性