合成生物学是一门结合工程学和分子生物学知识的复合新型学科。生物感应器是合成生物学的主要研究内容之一。　　生物感受器是利用工程化改造后的菌种检测细胞内化合物浓度，通过输出特殊信号，如表达荧光蛋白，来表征化合物浓度或者是通过感应化合物激活某些代谢通路来实现特定功能，如聚集并降解检测物。从环境污染物清除到体内病变细胞的检测，生物感受器应用范围广泛，具有较大的研究意义。　　本项目中构建的雌二醇生物感受器可分为两大部分：感应单元和报告单元。感应单元由常规启动子激活表达一种融合蛋白，该融合蛋白由三部分构成：DNA结合域LexA，人类雌激素受体结构域和激活域。报告单元由合成启动子诱导，该合成启动子中含有若干LexA结合位点，当细胞内含有雌二醇时，该合成启动子能大量激活下游绿色荧光蛋白的表达。本项目中，选用酿酒酵母作为生物感受器的载体，分别将两个功能单元转导融合到同一株酿酒酵母基因组中。当环境中不存在雌二醇时，感应单元表达的融合蛋白会与细胞内的HSP90蛋白相结合，由于HSP90体积较大，这两种蛋白结合之后会被细胞核核孔阻挡，不能进入核中，激活荧光蛋白的表达；当溶液环境中的雌二醇进入到细胞内时，由于雌二醇与融合蛋白的亲和力较强，HSP90蛋白会被雌二醇替换，此时融合蛋白与雌二醇的结合物体积较小，能够通过核孔。通过核孔后，融合蛋白中的LexA结构域特异性地识别并与基因组中的LexA结合位点，激活域招募RNA聚合酶，促进下游绿色荧光蛋白表达，此时通过流式细胞仪检测细胞的荧光强度会观察到较大的上升。　　对待测物化合物的耐受程度，敏感度以及信号区分度是评价一个生物感受器三个重要指标。目前有较多针对构生物感受器开发的研究，但对其优化过程的研究较少。现有的优化手段主要是替换诱导融合蛋白表达的启动子，替换转录因子以及替换诱导荧光蛋白表达的启动子。　　完成雌二醇生物感受器的构建后，我们首先按照常规的优化手段进行了改良设计。在优化过程中我们发现启动子LexA操纵子的分布，对系统的优化有很大的影响。而目前还没有关于这方面优化方法的已发表研究，这是一种新型的生物感受器优化手段。同时，这种优化手段可以推广到别的需要诱导激活的生物反应器的优化中，具有较大研究价值。　　在本课题中，我们首先针对雌二醇生物感应器进行了一系列的常规优化。我们分别使用了pGPD,pTEF2以及DEGT_pCY1noTATA三种不同强度的启动子来诱导能与雌二醇特异性结合的融合蛋白的表达，成功构建了三株菌种并用梯度浓度的雌二醇分别诱导酵母菌表达荧光蛋白，测试这三株菌种对雌二醇的敏感度，耐受程度以及表达绿色荧光蛋白的信号区分度。同样的，针对转录因子(VP16,B42和mDR83-805)以及诱导绿色荧光蛋白表达的启动子(pCYC1—min,pCYC1_core和truncated—pCYC1min)进行了菌种构建以及测试。通过三组实验，九株菌种的横向比较，我们发现传统的优化手段对雌二醇生物感应器的优化效果有限。使用强启动子或者强转录因子时，系统对雌二醇的敏感程度会上升，但耐受程度会降低，且信号区分度并没有较大变化。　　通过对已发表文献中操纵子的设计的横向比较，我们猜测启动子中的操纵子分布可能会对感应器有较大的影响。根据这个猜测我们设计了预实验，增大了pCYC1_min中LexA操纵子之间的距离(由2nt增大至15nt)以及LexA操纵子和TATAbox的距离（由37nt增大至60nt)，合成了新的融合启动子31ex2Op-pCYC1min，并在酵母感受器系统中进行了测试。结果表明，新的融合启动子在系统敏感度，雌二醇耐受度以及信号区分度上都有了很大的提升，符合我们的猜想。　　为了进一步研究LexA操纵子之间的距离以及LexA操纵子与TATAbox之间的距离是如何影响雌二醇感受器的表现，我们设计了两组实验：　　第一组实验研究LexA操纵子之间的距离对感受器的影响，我们设计合成了以pCYC1min为基础，中间插入不同间距的三个LexA操纵子。设计的实验组分别有2nt，6nt，9nt，15nt，21nt以及42nt六种间距，通过将这六个合成的启动子组装到质粒中并转导融合到酵母基因组中，我们获得了六株新菌种，对其进行雌二醇诱导实验，收集荧光信号。通过对结果的比较分析，我们发现了操纵子间最佳的距离为6nt至9nt之间，短于或长于这个距离，系统的表现都会下降。　　第二组实验研究了LexA操纵子与TATAbox之间的距离是如何影响雌二醇感受器的表现。我们设计了以pCYClmin为基础，中间插入单个LexA操纵子，操纵子与启动子中TATAbox的距离分别控制在6nt，10nt，37nt和60nt。实验过程与第一组相同。通过结果的比较分析，我们发现了LexA操纵子与TATAbox之间的最佳距离在37nt，短于或长于这个距离，感受器系统的表现都会下降。　　综上，本项目主要研究了合成启动子中LexA操纵子之间的距离以及LexA操纵子与TATAbox之间的距离对雌二醇生物感受器的影响。通过一系列合成启动子的构建以及测试，我们发现了以LexA未操纵子的生物感受器中操纵子的最佳间隔为6nt至9nt之间，LexA操纵子与TATAbox之间的较好距离为37nt。