ABSTRACT Directed evolution is a powerful tool to modify the properties of proteins. However, due to multi-round and stage combinations, directed evolution usually requires time- and labor-intensive manual intervention, which limits the efficiency of protein modification to some extent. Therefore, in vivo continuous evolution system is highly preferred because it can couple the multiple rounds and steps of direction evolution with the host growth cycle, leading to the advantages of effort-saving and accuracy. However, the existing types of this kind of systems can not meet the booming demand. Herein, this paper describes promoted Escherichia coli -assisted continuous evolution (PEACE) that allows for in vivo continuous evolution of target genes. This system polymorphisms the target gene by activation-induced cytidine deaminase-T7 RNA polymerase (AID-T7 PNAP) fusion protein, then it couples the enzymatic properties of desired variants with the expression of antitoxins to achieve efficient growth-coupled screen using the toxin-antitoxin system (TAS). In this study, T7 RNAP was finally employed for validation of PEACE system, and its specificity to the promoter was successfully altered. These results demonstrated the feasibility and further application potential of PEACE.

Abstract The enteroendocrine system plays an important role in metabolism. The gut microbiome regulates enteroendocrine in an extensive way, arousing attention in biomedicine. However, conventional strategies of enteroendocrine regulation via gut microbiome are usually non-specific or imprecise. Here, an optogenetic operated probiotics system was developed combining synthetic biology and flexible electronics to achieve in situ controllable secretion to mimic enteroendocrine. Firstly, optogenetic engineered Lactococcus lactis ( L. lactis ) were administrated in the intestinal tract. A wearable optogenetic device was designed to control optical signals remotely. Then, L. lactis could secrete enteroendocrine hormone according to optical signals. As an example, optogenetic L. lactis could secrete glucagon-like peptide-1(GLP-1) under the control of the wearable optogenetic device. To improve the half-life of GLP-1 in vivo , the Fc domain from immunoglobulin was fused. Treated with this strategy, blood glucose, weight and other features were relatively well controlled in rats and mice models. Furthermore, up-conversion microcapsules were introduced to increase the excitation wavelength of the optogenetic system for better penetrability. This strategy has biomedical potential in metabolic diseases therapy by mimicking enteroendocrine.

The ideal engineered microbial smart-drug should be capable of functioning on demand at specific sites in vivo. However, precise regulation of engineered microorganisms poses challenges in the convoluted and elongated intestines. Despite the promising application potential of optogenetic regulation strategies based on light signals, the poor tissue penetration of light signals limits their application in large experimental animals. Given the rapid development of ingestible electronic capsules in recent years, taking advantage of them as regulatory devices to deliver light signals in situ to engineered bacteria within the intestines has become feasible. In this study, we established an electronic-microorganism signaling system, realized by two Bluetooth-controlled luminescent electronic capsules were designed. The "Manager" capsule is equipped with a photosensor to monitor the distribution of engineered bacteria and to activate the optogenetic function of the bacteria by emitting green light. The other capsule, "Locator", can control the in situ photopolymerization of hydrogels in the intestines via ultraviolet light, aiding in the retention of engineered bacteria at specific sites. These two electronic capsules are expected to work synergistically to regulate the distribution and function of engineered bacteria in vivo, and their application in the treatment of colitis in pigs is currently being investigated, with relevant results to be updated subsequently.

Synthetic biology enables microbes to be engineered to detect biomarkers and deliver therapies in situ, offering advantages such as self-replication and localized response and treatment. However, the engineered microbes in the intestine remains a "black box", the status of microbial functionality is inaccessible, and the activation of microbial functions is uncontrollable. There is a demand of a "language" between microbes and human for real-time and in-situ monitoring and controlling engineered microbes in the intestine. Light, due to its advantages of specificity and accuracy in the body, was chosen as the language to establish an interactive communication path between human and the microbes with the features of sophisticated monitoring and controlling. For effectively remote operation of this "language" in the intestine, we introduced an electronic capsule as the intermedia, translating information and instructions understandable for human operator into bacterial regulatory and detectable signals in vivo. In this paper, the electronic capsule and the engineered Escherichia coli Nissle 1917 (EcN) strains were designed in a collaborative manner. An EcN-to-capsule bioluminescent signal transmission was established and testified as the language to report the status of engineered EcN, especially the response of EcN to intestinal environment. Similarly, another capsule-to-EcN optogenetic signal transmission was established and testified as the language to control the function of engineered EcN, especially the secretion of therapeutic substances. On this basis, bidirectional communication between human operator and intestinal microbes was achieved via bidirectional bio-electronic optical language. The communication was established to monitor and regulate engineered EcN community in the intestine in 50-90 kg live pigs. The in vitro and in vivo estimations demonstrated the capabilities of monitoring and regulating the engineered microbes, offering a remotely controllable language-based communication between human operator and internal intestinal microbes.

Objectives This study aimed to investigate the impact of low-intensity pulsed ultrasound (LIPUS) treatment on the miRNA and mRNA profiles of stem cell-derived extracellular vesicles (EVs). Specifically, it sought to identify key miRNAs and their target mRNAs associated with enhanced therapeutic efficacy in LIPUS-treated stem cell-derived EVs. Methods Utilizing miRNA deep-sequencing data from the Gene Expression Omnibus database, differential gene analysis was performed. MiRNA-mRNA target analysis, functional and pathway enrichment analysis, protein-protein interaction network construction, and hub gene identification were conducted. Validation of differentially expressed miRNAs was performed via RT-qPCR in human umbilical cord mesenchymal stem cells (hUC-MSCs) treated with LIPUS. Results Ten differentially expressed miRNAs were identified, with six upregulated and four downregulated miRNAs in LIPUS-treated stem cell-derived EVs. Functional enrichment analysis revealed involvement in biological processes such as regulation of metabolic processes, cellular component organization, and response to stress, as well as signaling pathways like cell cycle, MAPK signaling, and Hippo signaling. Protein-protein interaction network analysis identified key hub genes including MYC, GAPDH, HSP90AA1, EP300, JUN, PTEN, DAC1, STAT3, HSPA8, and HIF1A associated with LIPUS treatment. RT-qPCR validation confirmed differential expression of selected miRNAs (hsa-miR-933, hsa-miR-3943, hsa-miR-4633-5p, hsa-miR-592, hsa-miR-659-5p, hsa-miR-4766-3p) in LIPUS-treated hUC-MSCs. Conclusion This study sheds light on the potential therapeutic mechanisms underlying LIPUS-treated stem cell-derived EVs. The identified differentially expressed miRNAs and their potential target mRNAs offer valuable insights into the biological processes influenced by LIPUS treatment. While further investigation is necessary to validate their roles as therapeutic targets, this study lays the groundwork for future research on optimizing SC-EV therapy with LIPUS preconditioning.

Various studies have shown that the presence of metal ions in the slurry can significantly impact flotation. However, it was still uncertain how iron, a typical metal ion, affected rutile flotation. Micro-flotation experiments, x-ray photoelectron spectroscopy, icp-oes, solution chemistry calculation, zeta potential and contact angle test were used to explore the effect of iron ions on the surface properties and floatability of rutile in this investigation. Micro-flotation results showed that iron ions not only substantially increased the rutile flotation recovery from 42.27% to 75.69% at pH = 4, but also converted the optimal pH of flotation from a point (pH = 4) to a platform (pH = 4~8). Solution chemistry calculations indicated that iron ions could form complexes with hydroxyl to produce FeOH2+, which reacted with benzohydroxamic acid (BHA) to create [Fe(C7H6NO2)2]+ at pH=4~7. The analysis conducted through X-ray photoelectron spectroscopy, coupled with the results obtained from contact angle measurements, revealed that the complex [Fe(C7H6NO2)2]+ had the capability to engage with Ti-OH groups, improving the hydrophobicity of rutile surface. Zeta potential analysis results further illustrated that Fe3+/BHA complexes reinforce the adsorption of BHA and iron ions onto rutile surface by the formation of [Fe(C7H6NO2)2]+. In addition, the O1s peak fitting results and ICP-OES analysis results proved that at the same pH, 60 mg/L was the optimal concentration for iron ion activation, which may be limited by Saturated adsorption capacity of [Fe(C7H6NO2)2]+.

Abstract Microfluidic technology, as an effective method for precise manipulation of microfluid volumes, has demonstrated significant potential in the preparation of emulsions. This guideline introduces key components of a microfluidic operating system, including the design of microfluidic chips (such as T‐junction, flow‐focusing, and co‐flowing structures), fluid driving systems, control systems, and observation and detection systems, explaining how they collaborate to accurately control the droplet generation process. In terms of specific steps for emulsion preparation, the guideline details the workflow utilizing microfluidic technology to fabricate both single‐layer O/W and W/O emulsions, as well as complex multi‐layer emulsions, emphasizing critical considerations during experimentation. Through in‐depth understanding and judicious application of microfluidic technology, there is a promise to advance emulsion preparation techniques across various domains, including drug delivery, food technology, biotechnology, and materials science.

The impact of the long-term trace hydrazine (N