本技术涉及分子生物学领域，尤其涉及基于氨基酸衰减子的生物传感器及其应用。
背景技术：
1、氨基酸及其前体化合物作为生物体内重要的代谢中间体和蛋白质合成的基本单元，在生物合成、代谢工程、药物开发以及食品工业等多个领域中占据着关键地位。随着合成生物学和代谢工程技术的飞速发展，对氨基酸及其前体化合物的精准检测、高效筛选以及动态调控的需求日益增长。氨基酸生物传感器作为一种能够特异性识别并响应氨基酸浓度变化的生物分子工具，在功能元件筛选、代谢途径调控、工业生产菌株筛选等方面展现出了巨大的应用潜力，近年来受到了广泛关注。目前，基于不同设计原理的氨基酸生物传感器层出不穷，主要包括基于转录调控因子、核糖体开关、以及代谢途径中间体感应等机制的传感器。其中，基于转录调控因子的生物传感器因其对氨基酸种类响应的广泛性、性能的优越性以及易于进一步改造的特点，成为了应用最为广泛的一类。然而，这类传感器在氨基酸响应特异性上存在不足，容易在筛选过程中产生假阳性结果，限制了其应用精度。相比之下，基于核糖体开关的生物传感器在响应灵敏度和特异性上表现更佳，但其动态范围和操作范围相对较小，难以在复杂的代谢途径动态调控中发挥全面作用。因此，开发具有高灵敏度、高特异性、宽动态范围以及良好操作性的氨基酸生物传感器成为了当前研究的重要方向。
2、尽管氨基酸生物传感器在多个领域展现出了广泛的应用前景，但目前仍面临诸多问题和挑战。首先，氨基酸种类覆盖不全：尽管已有针对大多数蛋白质氨基酸的生物传感器报道，但针对全部20种天然氨基酸的生物传感器尚未完全成熟。特别是针对l-天冬氨酸、l-苏氨酸、l-脯氨酸等重要氨基酸的生物传感器尚待开发，这在一定程度上影响了相关氨基酸高产菌株的筛选效率。其次，性能提升需求迫切，现有氨基酸生物传感器在灵敏度、特异性、动态范围等方面的性能仍存在局限。特别是在工业菌株中，由于细胞内代谢环境的复杂性，传感器的响应容易饱和，导致检测精度下降，限制了其在工业应用中的可靠性。因此，构建更具专一性的生物传感器，并通过提高其综合性能来提升其在工业应用中的可靠性成为了亟待解决的问题。再次，报告基因选择与应用场景受限，传统的氨基酸生物传感器多采用荧光蛋白或参与显色反应的酶等作为报告基因，这些报告基因的翻译水平信号输出在氨基酸响应过程中存在偏差，且易受菌株生长情况等因素的影响。此外，传统传感器大多选择在体内进行氨基酸感应，应用场景受限，难以满足多样化的检测需求。
技术实现思路
1、针对现有氨基酸生物传感器存在的问题与挑战，本技术提出了一种基于大肠杆菌氨基酸调控反馈抑制机制衰减子的新型氨基酸生物传感器。大肠杆菌作为模式生物，其氨基酸调控反馈抑制机制主要依托于转录调控因子和衰减子两种机制。其中，衰减子通过原核生物翻译和转录的偶联作用，在rna聚合酶转录mrna的过程中，利用核糖体对衰减子前导肽的翻译情况来调控下游结构基因的转录。
2、本技术通过改造大肠杆菌衰减子机制，实现了对20种天然氨基酸的特异性响应。具体而言，将天然衰减子中目标氨基酸的密码子序列更改为其他氨基酸的密码子序列，使得该系统能够响应全部20种天然氨基酸的浓度变化。同时，本技术选择rna适配体作为报告基因，将信号输出限制在转录水平，减少了氨基酸浓度对翻译水平信号输出的干扰。特别地，本技术利用了一种名为3wjdb的高亲和力核糖核苷酸适配体，该适配体能够以纳摩尔亲和力结合一种荧光团衍生物dfhbi-1t，并在结合时发出绿色荧光。通过设计4个3wjdb单元重复的3wjdb-iv作为报告基因，进一步增强了信号输出。
3、此外，本技术还利用无细胞系反应体系建立了体外转录翻译平台，提高了氨基酸生物传感器的灵敏度并扩大了其应用范围。这一创新性的设计不仅克服了传统氨基酸生物传感器在氨基酸种类覆盖、性能提升以及报告基因选择与应用场景受限等方面的问题，还为氨基酸及其前体化合物的精准检测、高效筛选以及动态调控提供了新的技术手段。
4、本技术的第一方面在于提供一种氨基酸传感器。
5、该氨基酸传感器包括依次连接的组成型启动子，大肠杆菌天然转录调控原件氨基酸衰减子的编码基因，报告基因和终止子；
6、进一步地，所述组成型启动子是trc启动子；
7、更进一步地，所述组成型启动子trc启动子的核酸序列，如seq id no .2所示；
8、进一步地，所述报告基因是荧光核酸适配体编码基因；
9、更进一步地，所述荧光核酸适配体编码基因包括维持dfhbi-1t荧光的3wjdb编码基因和3wjdb-iv编码基因；
10、具体地，所述3wjdb如seq id no .3所示，3wjdb-iv编码基因的核酸序列如seq idno .4所示;
11、进一步地，所述终止子是rrnb t1终止子;
12、更进一步地，所述rrnb t1终止子的核酸序列如seq id no .5所示。
13、在一些具体的实施方案中，氨基酸衰减子的编码基因的核酸序列包括seq idno.1所示的序列，以用于检测组氨酸；
14、在另一些具体的实施方案中，(1) 将所述seq id no.1 所示的dna序列的第53至64位的caccatcatcac替换为亮氨酸的密码子cttcttcttctt用于检测亮氨酸；
15、(2) 将如入序列表中seq id no.1 所示的dna序列的第53至64位的caccatcatcac替换为精氨酸的密码子cgtcgtcgtcgt用于检测精氨酸；
16、(3) 将所述seq id no.1 所示的dna序列的第53至64位的caccatcatcac替换为甲硫氨酸的密码子atgatgatgatg用于检测甲硫氨酸；
17、(4) 将所述seq id no.1 所示的dna序列的第53至64位的caccatcatcac替换为异亮氨酸的密码子atcatcatcatc用于检测异亮氨酸；
18、(5) 将所述seq id no.1 所示的dna序列的第53至64位的caccatcatcac替换为天冬氨酸的密码子gacgacgacgac用于检测天冬氨酸；
19、(6) 将所述seq id no.1 所示的dna序列的第53至64位的caccatcatcac替换为谷氨酸的密码子gaggaggaggag用于检测谷氨酸；
20、(7) 将所述seq id no.1 所示的dna序列的第53至64位的caccatcatcac替换为天冬酰胺的密码子aataataataat用于检测天冬酰胺；
21、(8) 将所述seq id no.1 所示的dna序列的第53至64位的caccatcatcac替换为苯丙氨酸的密码子ttcttcttcttc用于检测苯丙氨酸；
22、(9) 将所述seq id no.1 所示的dna序列的第53至64位的caccatcatcac替换为丙氨酸的密码子gctgctgctgct用于检测丙氨酸；
23、(10) 将所述seq id no.1 所示的dna序列的第53至64位的caccatcatcac替换为色氨酸的密码子tggtggtggtgg用于检测色氨酸；
24、(11) 将所述seq id no.1 所示的dna序列的第53至64位的caccatcatcac替换为谷氨酰胺的密码子caacaacaacaa用于检测谷氨酰胺；
25、(12) 将所述seq id no.1 所示的dna序列的第53至64位的caccatcatcac替换为酪氨酸的密码子tactactactac用于检测酪氨酸；
26、(13) 将所述seq id no.1 所示的dna序列的第53至64位的caccatcatcac替换为甘氨酸的密码子gggggggggggg用于检测甘氨酸；
27、(14) 将所述seq id no.1 所示的dna序列的第53至64位的caccatcatcac替换为缬氨酸的密码子gtagtagtagta用于检测缬氨酸；
28、(15) 将所述seq id no.1 所示的dna序列的第53至64位的caccatcatcac替换为赖氨酸的密码子aagaagaagaag用于检测赖氨酸；
29、(16) 将所述seq id no.1 所示的dna序列的第53至64位的caccatcatcac替换为丝氨酸的密码子agtagtagtagt用于检测丝氨酸；
30、(17) 将所述seq id no.1 所示的dna序列的第53至64位的caccatcatcac替换为苏氨酸的密码子actactactact用于检测苏氨酸；
31、(18) 将所述seq id no.1 所示的dna序列的第53至64位的caccatcatcac替换为脯氨酸的密码子ccaccaccacca用于检测脯氨酸；
32、(19) 将所述seq id no.1 所示的dna序列的第53至64位的caccatcatcac替换为半胱氨酸的密码子tgctgctgctgc用于检测半胱氨酸。
33、seq id no.1：
34、atcagttgaataaacattcacagagacttttatgacacgcgttcaatttaaacaccaccatcatcaccatcatcctgactagtctttcaggcgatgtgtgctggaagacattcagatcttccagtggtgcatgaacgcatgagaaagcccccggaagatcaccttccgggggcttttttatt
35、seq id no .2:
36、ttgacaattaatcatccggctcgtataatgtgtgg
37、seq id no .3:
38、ggacccacatactctgatgatccgagacggtcgggtccagatattcgtatctgtcgagtagagtgtgggctcggatcattcatggcaagagacggtcgggtccagatattcgtatctgtcgagtagagtgtgggctcttgccatgtgtatgtggg
39、seq id no .4:
40、ggacccacatactctgatgatccgagacggtcgggtccagatattcgtatctgtcgagtagagtgtgggctcggatcattcatggcaagagacggtcgggtccagatattcgtatctgtcgagtagagtgtgggctcttgccatgtgtatgtgggttttttttttggagcacgtacctctgatgatccgagacggtcgggtccagatattcgtatctgtcgagtagagtgtgggctcggatcattcatggcaagagacggtcgggtccagatattcgtatctgtcgagtagagtgtgggctcttgccatgtggtacgtgcttttttttttggagacatgccctctgatgatccgagacggtcgggtccagatattcgtatctgtcgagtagagtgtgggctcggatcattcatggcaagagacggtcgggtccagatattcgtatctgtcgagtagagtgtgggctcttgccatgtgggcatgtcttttttttttggaggtgcatcctctgatgatccgagacggtcgggtccagatattcgtatctgtcgagtagagtgtgggctcggatcattcatggcaagagacggtcgggtccagatattcgtatctgtcgagtagagtgtgggctcttgccatgtggatgcacc
41、seq id no .5:
42、caaataaaacgaaaggctcagtcgaaagactgggcctttcgttttatctgttgtttgtcggtgaacgctctcctgagtaggacaaat
43、seq id no .6:
44、tcgcgcgtttcggtgatgacggtgaaaacctctgacacatgcagctcccggagacggtcacagcttgtctgtaagcggatgccgggagcagacaagcccgtcagggcgcgtcagcgggtgttggcgggtgtcggggctggcttaactatgcggcatcagagcagattgtactgagagtgcaccatatgcggtgtgaaataccgcacagatgcgtaaggagaaaataccgcatcaggcgccattcgccattcaggctgcgcaactgttgggaagggcgatcggtgcgggcctcttcgctattacgccagctggcgaaagggggatgtgctgcaaggcgattaagttgggtaacgccagggttttcccagtcacgacgttgtaaaacgacggccagtgaattcggacccacatactctgatgatccgagacggtcgggtccagatattcgtatctgtcgagtagagtgtgggctcggatcattcatggcaagagacggtcgggtccagatattcgtatctgtcgagtagagtgtgggctcttgccatgtgtatgtgggttttttttttggagcacgtacctctgatgatccgagacggtcgggtccagatattcgtatctgtcgagtagagtgtgggctcggatcattcatggcaagagacggtcgggtccagatattcgtatctgtcgagtagagtgtgggctcttgccatgtggtacgtgcttttttttttggagacatgccctctgatgatccgagacggtcgggtccagatattcgtatctgtcgagtagagtgtgggctcggatcattcatggcaagagacggtcgggtccagatattcgtatctgtcgagtagagtgtgggctcttgccatgtgggcatgtcttttttttttggaggtgcatcctctgatgatccgagacggtcgggtccagatattcgtatctgtcgagtagagtgtgggctcggatcattcatggcaagagacggtcgggtccagatattcgtatctgtcgagtaga
45、本技术的第二方面在于，提供本技术的第一方面中提供的氨基酸传感器在体外检测氨基酸浓度变化中的应用。
46、本技术的第三方面在于，提供一种用于检测环境中氨基酸浓度的试剂盒试剂盒包括本技术的第一方面中提供的氨基酸传感器。
47、进一步地，该试剂盒还包括待检测氨基酸的标准品。
48、本技术的第四方面在于，提供一种体外检测氨基酸浓度变化的方法，其包括以下步骤：
49、（1）根据待检测氨基酸种类，构建本技术的第一方面中提供的氨基酸传感器；所述氨基酸传感器包括组成型启动子trc启动子序列、如本技术的第二方面中提供的任一种能感受氨基酸浓度变化的氨基酸衰减子编码基因的核酸序列、荧光rna适配体编码基因序列和终止子rrnb t1序列；
50、（2）利用pcr方法扩增并纯化步骤(1)中所述氨基酸传感器转录模板；
51、（3）将待测氨基酸样品或标准液与步骤(2)所述氨基酸传感器转录模板和所述荧光rna适配体的配体混合，开启rna转录和信号报告的过程；
52、（4）使用具有荧光强度动力学测定的酶标仪测定反应液荧光强度变化。
53、在一些具体实施例中，在（3）步骤中，还加入大肠杆菌体外转录及翻译表达所需的组分包括rna聚合酶、核糖体、atp、gtp、ctp、utp。
54、进一步地，以上组分可来自大肠杆菌的细胞裂解液。
55、在一些具体实施例中，荧光rna适配体包括3wjdb或3wjdb-iv；所述荧光rna适配体的配体包括dfhbi-1t。
56、发明的有益效果
57、本技术通过精准调控衰减子元件中的关键碱基位点，实现单一传感器体系对全部20种天然氨基酸的特异性识别与检测，突破了传统传感器需针对不同氨基酸设计独立检测模块的技术瓶颈，大幅降低系统复杂度与开发成本。
58、同时，本技术创新性地采用荧光核酸适配体作为报告基因，有效规避了传统荧光蛋白信号易受氨基酸直接调控的干扰问题，确保检测信号与氨基酸浓度呈现严格线性相关，显著提升检测结果的准确性与可靠性。另外，基于多单元串联结构优化设计，在保持荧光核酸适配体特异性识别能力的同时，实现信号输出强度3-5倍的增强，突破了单链核酸适配体信号输出弱的固有缺陷，为高灵敏度检测提供了关键技术支撑。因此，通过建立体外反应体系，突破传统传感器受限于细胞内环境的局限，使该技术可广泛应用于食品检测、环境检测、生物制药等多元化场景，显著拓展了氨基酸传感器的应用边界。