细菌群体感应信号分子淬灭酶的研究进展

群体感应(Quorum sensing,QS)是细菌细胞间通过信号分子互相交流的一种现象,细菌细胞通过分泌并感应特定的信号分子浓度,当信号分子浓度达到一定阈值时,细菌细胞会启动特定基因尤其是很多致病基因的表达,这就给防治某些植物、动物性疾病提供了一种新思维。群体淬灭(Quorum quenching,QQ)就是基于群体感应而提出的,它主要是通过分解细菌细胞所产生的信号分子,使信号分子浓度在阈值之内,从而使细菌无法表达特定致病因子,进而防治病害的一种方法,群体淬灭酶是研究的最多也是最有效的淬灭途径。到目前为止,很多群体淬灭酶已经被分离出来。系统总结了群体淬灭酶的种类、特性、催化机制和生理功能方面的进展。     

细菌群体感应调控多样性及群体感应淬灭

群体感应(Quorum sensing, QS)是细菌通过信号分子分泌、识别,从而调控基因水平转移、毒力因子分泌、芽孢产生及生物膜形成等群体行为的细胞交流机制。干扰信号分子的分泌、识别,可以阻断群体感应,实现群体淬灭。群体淬灭(Quorum quenching, QQ)是目前致病性控制、致腐性预防以及生物膜污染削减的重要策略之一。本文以群体感应信号分泌-识别-响应为主线,将群体感应分为等级、平行及竞争型三类调控方式,并对其特征进行了详细阐述;同时,探讨了信号分子类似物、信号分子降解酶剂、信号受体激活剂/抑制剂等策略在不同调控方式淬灭中的适用性;最后,对群体感应调控及淬灭进行了展望,以期为丰富细菌群体感应认知、促进群体淬灭应用提供参考。     

细菌群体感应淬灭酶的研究进展

细菌的群体感应系统（Quorum sensing,QS）参与许多生物学功能的调控,其中包括动植物病原细菌致病因子的生成以及人类某些病原细菌生物膜的形成。酰基高丝氨酸内酯（N—acylhomoserine laetone,AHL）是调控群体感应系统的关键信号分子。近年的研究表明,不同生物体包括细菌和真核生物中都存在类别不同的能够降解AHL的群体感应淬灭酶（Quorum—quenching enzyme）。在AHL依赖型致病菌和转基因植物中表达AHL降解酶能有效地抑制QS信号分子的积累,从而阻断了病原细菌的发病机制,提高了植物的抗病性。这些新颖的群体感应淬灭酶的发现,不仅为防治细菌侵染提供了可行的途径,也对研究它们在宿主中的功能和对生态系统的潜在影响提出挑战。     

细菌群体感应淬灭酶的研究进展*

细菌的群体感应系统(Quorum sensing,QS)参与许多生物学功能的调控,其中包括动植物病原细菌致病因子的生成以及人类某些病原细菌生物膜的形成。酰基高丝氨酸内酯(N-acylhomoserine lactone,AHL)是调控群体感应系统的关键信号分子。近年的研究表明,不同生物体包括细菌和真核生物中都存在类别不同的能够降解AHL的群体感应淬灭酶(Quorum-quenching enzyme)。在AHL依赖型致病菌和转基因植物中表达AHL降解酶能有效地抑制QS信号分子的积累,从而阻断了病原细菌的发     

革兰氏阴性细菌LuxR/Ⅰ型群体感应抑制剂研究进展

细菌群体感应(Quorum sensing,QS)被视为对抗细菌感染与解决细菌耐药性问题的新靶点。以AHLs为信号分子的LuxR/Ⅰ型群体感应系统广泛存在于革兰氏阴性菌包括多种临床致病菌中,因此寻找LuxR/Ⅰ型群体感应抑制剂(Quorum sensing inhibitors,QSIs)是研发抗革兰氏阴性致病菌药物的重要途径。迄今为止,已知的LuxR/Ⅰ型小分子QSIs来源包括化学合成、天然产物与已知药物库的化合物,大分子则包括群体感应淬灭酶与群体感应淬灭抗体。本文总结了近年来LuxR/Ⅰ型QSIs研究进展,为新型抗菌药物研发提供理论依据。     

细菌群体感应淬灭酶及其应用研究进展

细菌群体感应(quorum sensing,QS)是细菌的一种密度依赖型信息交流机制。群体感应淬灭(quorum quenching,QQ)能够破坏细菌群体感应系统,阻断细菌的信息交流。本文中,笔者综述了群体感应淬灭酶——酰基高丝氨酸内酯酶(AHL内酯酶)的研究进展,总结了群体感应淬灭在植物病害防治、水产养殖、膜污染以及医学领域的应用研究,旨在为挖掘群体感应淬灭资源和群体感应淬灭的应用提供理论依据与指导。     

微生物信号分子降解酶研究进展

微生物细胞之间存在的信息交流称为群体感应。群体感应在实现微生物的生物学功能方面具有重要作用,包括调节致病性、参与生物膜的形成等。微生物能够分泌特定的信号分子,通过对信号分子的检测及应答,调控目的基因的表达。抑制信号分子的积累,能够干扰群体感应系统,使微生物丧失生物学功能。研究较为全面的一类信号分子是酰基高丝氨酸内酯(acylhomoserine lactone,AHL),此类信号分子可以通过酶法降解。目前已鉴定出的AHL降解酶主要分为AHL内酯酶和AHL酰化酶两类。综述了信号分子降解酶的来源、筛选方法、纯化技术、酶学性质、作用机制及在病害防治方面的应用。对信号分子降解酶的研究有助于完善群体感应系统的调控机制,并为微生物疾病的防治提供新策略。     

不动杆菌属中aidE基因编码高丝氨酸内酯酶

群体感应(Quorum sensing,QS)是细菌在进化过程中形成的依赖于群体密度的细菌间交流方式。许多革兰氏阴性细菌以N-酰基高丝氨酸内酯(AHL)为信号分子,感应自身群体密度并调控致病基因表达。因此,淬灭AHLs信号分子可防治此类细菌引起的植物病害。本实验室前期已筛选得到了一株具有AHLs信号降解能力的不动杆菌菌株Acinetobacter sp.77,本研究通过基因组文库筛选,自菌株77中克隆得到具有AHLs降解活性的基因aidE。该基因编码268个氨基酸。序列一致性比较发现aidE的氨基酸序列与吉伦伯不动杆菌Acinetobacter gyllenbergii CIP110306中β-内酰胺酶一致性高达95%,但与已知的AHLs降解酶序列一致性较低,最高为缓黄分支杆菌Mycobacterium lentiflavum中AHL内酯酶Att M/Aii B家族蛋白(CQD23908.1),一致性仅为33%。通过高压液相色谱(HPLC)分析Aid E蛋白处理N-己酰基高丝氨酸内酯(C6-HSL)的反应产物,证明aidE为AHL内酯酶。序列比对研究发现,aidE基因在不动杆菌属中并不保守,其在菌株77基因组中的上下游的基因排列存在菌株水平的特异性,且aidE基因下游存在疑似IS插入序列,上述证据表明aidE基因有可能是通过水平转移进入Acinetobacter sp.77基因组中,或其在基因组中的位置发生过重排。表达aidE的软腐果胶杆菌Z3-3中完全检测不到AHLs信号产生,且致病力明显降低。综上所述,aidE为新发现的AHL内酯酶。在防治依赖QS系统表达致病性的细菌病害中具有应用潜力。     

AHL类似物作为细菌群体感应系统促进剂的研究进展

应用N-酰基高丝氨酸内酯（N-acyl-L-homoserine lactones，AHL）介导的群体感应（quorum sensing，QS）系统调控生物膜形成和次级代谢物合成具有巨大的商业价值，但自然界中许多微生物能够产生群体淬灭（Quorum Quenching，QQ）酶，QQ酶能够降解天然AHL信号分子，使外源天然 AHL 信号分子的半衰期缩短，限制了天然AHL 信号分子的应用范围。化学合成的AHL类似物作为QS促进剂，通过与天然信号分子类似的结合方式形成转录二聚体，激活下游基因表达，但与天然AHL信号分子相比，化学合成的QS促进剂具有活性高、半衰期长等优点。本文综述了化学合成AHL类似物的设计思路、种类、作用机制及其在提高次级代谢物产量和生物浸矿方面的应用，并讨论了QS促进剂今后主要的研究方向，以期为QS促进剂的合成设计和实际应用提供参考。     

细菌群体感应及其干扰策略的研究进展

群体感应（QS）广泛存在于细菌中,是细菌根据细胞密度变化调控基因表达的一种机制。许多植物病原菌依赖QS调控致病基因和毒性因子的表达,导致植物发病,因此通过抑制QS效应就为控制细菌病害提供了一种有效的方法。目前发现许多途径可以干扰细菌的QS,如：产生可使信号分子降解的酶,产生病原菌信号分子的类似物与信号分子受体蛋白竞争结合来阻断病原菌的群体感应,利用QS中信号分子来诱发寄主抗性。系统阐述了细菌QS及其干扰策略。     

革兰氏阴性细菌LuxR/I型群体感应抑制剂研究进展

摘要：细菌群体感应（Quorum sensing, QS）被视为对抗细菌感染与解决细菌耐药性问题的新靶点。以AHLs为信号分子的LuxR/I型群体感应系统广泛存在于革兰氏阴性菌包括多种临床致病菌中,因此寻找LuxR/I型群体感应抑制剂（Quorum sensing inhibitors, QSIs）是研发抗革兰氏阴性致病菌药物的重要途径。迄今为止,已知的LuxR/I型小分子QSIs来源包括化学合成、天然产物与已知药物库的化合物,大分子则包括群体感应淬灭酶与群体感应淬灭抗体。本文总结了近年来LuxR/I型QSIs研究进展,为新型抗菌药物研发提供理论依据。     

植物病原黄单胞菌退出群体感应生理状态的分子机制和生物学意义

黄单胞菌是一类引起多种作物病害的病原细菌总称。它们利用自身产生的DSF(Diffusible signaling factor)-家族群体感应(quorum sensing,QS)信号分子感应群体密度,调控致病相关基因的表达。当黄单胞菌培养达到对数生长后期时,培养体系中DSF信号分子浓度迅速降低,呈现一种典型的群体感应信号反转(turnover)现象。编码脂酰辅酶A连接酶的基因rpfB在黄单胞菌生长后期表达量显著提高,敲除rpfB导致DSF生物合成显著提高,因此,RpfB参与DSF-家族QS信号分子的降解,在群体感应后期引导黄单胞菌退出群体感应状态。DSF信号通过RpfC/RpfG双组分系统、环二鸟苷酸和全局性转录因子Clp负调控rpfB的表达。DSF群体感应信号关键降解基因rpfB存在于多种细菌中,表明该信号反转机制相对保守,但其调控的生物学功能因菌而异。     

密码子优化提高aiiaB546毕赤酵母表达活性

N-酰基高丝氨酸内酯酶是一类特异性降解N-酰基高丝氨酸内酯类信号分子(AHLs)的蛋白水解酶,通过水解AHLs生成酰基高丝氨酸,使AHLs失去活性,从而阻断病原菌的群体感应路径,使病原菌失去致病能力,其广泛存在于多种微生物中[1,2]。近年来N-酰基高丝氨酸内酯酶作为一种新型抗菌策略(群体感应淬灭策略)的工具酶而成为水产养殖防治细菌性疾病研究的热点[3—5]。     

细菌生物被膜中群体感应调控机制及其控制研究展望

生物被膜(biofilm)是微生物聚集黏附在物体表面形成的多细胞结构,是引起微生物感染的主要原因,对食品工业和公共卫生安全造成巨大的威胁。群体感应(quorum sensing,QS)是调控生物被膜形成的重要因素,与生物被膜的抗生素耐药性、抗逆性密切相关。研究发现:针对QS系统的天然、合成化合物被称为群体感应抑制剂(quorum sensing inhibitors,QSI),可干扰QS信号,破坏生物被膜的形成,这种现象被称为群体淬灭(quorum quenching,QQ)。本文中,笔者就生物被膜组分、群体感应的调控机制及生物被膜的控制策略进行深入综述,旨在为食品加工程中细菌生物被膜的防控提供理论依据。     

噬菌体群体感应系统及其分子机理研究进展

群体感应（Quorum Sensing,QS）是微生物群体在生长过程中,随着群体密度的增加,其分泌的“信号分子”的浓度达到一定阈值后与微生物体内特定受体结合,从而影响微生物特定基因表达,导致其生理和生化特性的变化,表现出少量菌体或单个菌体所不具备的特征。1994年Fuqua提出群体感应概念后就成为微生物领域的研究热点。然而,群体感应的研究主要集中在细菌中,但近年来群体感应在噬菌体、真菌中也不断被发现,尤其自2017年Erez在多种枯草芽孢杆菌噬菌体中发现群体感应现象,并且揭示噬菌体群体感应主要调控其溶原-裂解途径的转换。近年来的研究又陆续在其他噬菌体中发现了群体感应。本文综述了噬菌体群体感应系统最新研究进展及其相关的基因功能和分子机理。     

枯草芽孢杆菌SS6N-酰基高丝氨酸内酯酶基因的克隆表达及其酶学特性

摘要:【目的】从一株具有细菌群体感应(Quorum Sensing,QS)信号分子淬灭活性的枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis) SS6中扩增N-酰基高丝氨酸内酯酶(N-acylhomoserine lactonase,AiiA)基因aiiASS6并异源表达,研究此信号降解酶的酶学特性。【方法】设计特异性引物,从B.subtilis SS6中克隆N-酰基高丝氨酸内酯酶基因aiiASS6,测序并进行生物信息学分析;将此基因克隆到表达载体pET28(a),构建重组菌株并提纯目的蛋白AiiASS6;然后用高效液相色谱(high performance liquid chromatography,HPLC)分析目的蛋白AiiASS6降解QS信号分子N-(3-Oxooctanoyl)-L-homoserine lactone (OOHL)的酶学特性。【结果】克隆得到基因片段,命名为 aiiASS6 (GenBank: KP125494),其编码一条含有297氨基酸残基的多肽,用pET28(a)成功构建重组质粒pET28-aiiASS6。生物信息学分析表明,AiiASS6的氨基酸序列含有N-酰基高丝氨酸内酯酶典型的“HXHXDH”基序和194 位的Tyr残基。在Escherichia coli BL21(DE3)中异源表达AiiASS6,用Ni柱纯化后,AiiASS6含量达2.76 mg/mL。HPLC检测结果表明AiiASS6对OOHL具有很强的催化活性及耐热性,Km和Vmax分别为0.998 mmol/L和22.3 U/mg,最适pH为7.6,最适温度范围为50－90℃;此酶在4℃保存3个月后其残余活性仍达到86%,表现出较强的稳定性。【结论】从B．subtilis SS6中获得的QS淬灭酶AiiASS6表现出降解QS信号分子的高活性,其酶学特性表明它具有作为微生物制剂防控植物或水产养殖中基于QS调控的病原菌毒力的应用潜力。     

细菌群体感应及其在食品变质中的作用

食品相关细菌引起的生物被膜形成和食品变质是食品工业中的重大问题。研究表明细菌群体感应(Quorum sensing,QS)与被膜形成、食品腐败变质密切相关。重点对细菌产生的各种QS信号分子及其在被膜形成的作用和被膜在食品工业中的重要性做了介绍。QS信号分子与食品变质密切相关,故对QS抑制剂作为新型食品防腐剂以延长储存期限及加强食品安全的前景进行了概述。     

真菌群体感应信号分子及群体感应猝灭的研究进展

群体感应(quorum sensing,QS)是微生物中普遍存在的细胞间通讯系统,细菌中的研究较为深入,近年来在真菌中也有发现。微生物通过向环境释放可扩散的群体感应信号分子(quorum sensing molecules,QSM)来感知群体密度并调控自身的生理行为,以适应环境的变化。目前验证的真菌QSM包括醇类、脂氧合物、小分子肽以及某些挥发性物质。除影响种内的生长发育及次级代谢物产生外,真菌QSM还与其侵染能力、致病性和毒素产生有关,为了抵御QS的不利影响,生物共同进化过程中相应地出现了群体感应淬灭(quorum quenching,QQ)机制,QQ能够修饰或抑制QSM的合成从而破坏QS。本文中,笔者对国内外近10年来对真菌QSM种类、生理作用及QQ的研究进展进行综述,以期为深化真菌群体感应机制的研究提供参考。     

微生物群体感应抑制剂及其在海洋生态中的应用

微生物具有结构多样性和功能多样性,其生态行为受多种信号因子的调节,其一便是群体感应信号(Quorum sensing,QS)。QS可作为菌群的通讯语言调节多种生物学功能,包括微生物被膜(Biofilm)的形成、毒力因子的表达、抗生素的分泌以及活性物质的生成等。相比之下,群体感应抑制剂(Quorum sensing inhibitor,QSI)的作用与QS相反,它能阻断QS信号的合成或传递、降低细菌致病性、干扰Biofilm的生成、阻断QS级联效应,因而被广泛应用于医药、农业和环境等领域。本文聚焦QSI,对其来源、特性、作用机制的最新进展进行总结,并对其在海洋生态领域上的应用进行综述,以期为QSI物质的开发和海洋生态资源的有效利用提供新思路。     

细菌群体感应及其信号分子介导的植物-细菌跨界信息交流

细菌利用群体感应(Quorum sensing,QS)系统进行细胞间的通讯联系,进而参与调控细菌多种生物学功能。近年的研究表明,细菌QS信号分子也可以被细菌的真核植物宿主感应,从而介导植物-细菌的跨界信息交流。本文综述细菌QS及其介导的植物-细菌信息交流的最新研究进展,以期为通过操纵细菌QS达到提高植物病害防治效果提供理论基础和指导。