水产品腐败菌群体感应系统及群体感应抑制剂研究进展

群体感应(quorum sensing,QS)是一种微生物细胞间进行信息交流的系统。腐败菌的一些特性也受到QS系统的调控。在水产品保鲜领域,腐败菌的群体感应逐渐成为研究热点。本文中,笔者着重对水产品中微生物的群体感应作用机制、主要腐败菌的群体感应现象以及群体感应抑制剂等方面的研究进展进行概述,并对目前群体感应研究中所出现的问题及发展进行了总结及展望,旨在为以群体感应为基础的新型食品保鲜材料的开发提供参考。     

肠杆菌科细菌群体感应系统的研究进展

细菌能够感受种群密度的变化,并通过调节自身某些基因的表达来作出应答,这种细菌种间和种内的沟通方式被称为群体感应(QS)。肠杆菌科细菌大多是食源性致病菌或食品腐败菌,且研究证明毒力因子的调控表达和食品的腐败变质均与QS密切相关。本文中,笔者综述了肠杆菌科成员中5种信号分子介导的群体感应系统,包括N-酰基高丝氨酸内酯(AHLs)介导的Ⅰ型QS系统、由自诱导物2(AI-2)介导的Ⅱ型QS系统、AI-3/肾上腺素/去甲肾上腺素介导的Ⅲ型QS系统、一种线型五肽(NNWNN) QS因子EDF(extracellular death factor)短肽介导的QS系统和吲哚介导的QS系统,并对其在毒力基因和食品腐败变质的调控机制中的研究进行了介绍。     

群体感应抑制剂及其在食品保藏中的应用研究进展

细菌在生长过程中会合成并释放一种叫做信号分子的化学因子,作为细胞间或细胞内传递信息的介质。这种信号分子积累到一定水平,会对细菌生理性状的表达产生调控作用,即群体感应现象。细菌群体感应现象对食品腐败变质过程也有很大的影响。因此,研究群体感应抑制剂在食品保藏中的作用就显得尤为重要。本文中,笔者根据细菌分泌信号分子类型的不同,综述了不同细菌的群体感应抑制剂及其在食品保藏中的应用。     

水产品中微生物相互作用机制研究进展

水产品是优质蛋白的重要来源之一,但其极易受到微生物侵染而导致蛋白质降解,产生腥臭味等品质劣变现象,从而使感官可接受度下降,该问题已成为我国水产行业发展的制约因素之一。水产品的腐败变质往往是多种微生物共同作用的结果。在水产品贮藏过程中,菌群通过相互协作或竞争等作用推动菌群的演替、优势菌群的形成以及水产品的腐败进程。本文中,笔者综述了水产品中常见的腐败微生物种类及其对水产品腐败的影响,重点阐述多种微生物之间的相互作用及群体感应现象的研究现状,旨在为水产品保鲜技术研究与开发提供参考。     

群体感应系统介导细菌生物膜形成的研究进展

群体感应(QS)是微生物之间的通讯机制,通过信号分子调控基因表达,这种交流可使细菌表达不同的生理行为,包括病原微生物的毒性、对抗生素的形成、生物膜的形成与生长等。生物膜的形成对微生物的代谢、毒力因子的表达等密切相关。群体感应现象与生物膜的形成相互依赖,生物膜提供菌体聚集场所,避免群体感应信号分子的扩散,聚集菌体的群体感应现象为生物膜的形成提供基础。群体感应系统不仅可直接介导细菌生物膜的形成,还可调节胞内第二信使分子水平,间接调控生物膜的生成。本文中,笔者从直接和协同其他信号分子两方面对细菌生物膜形成机制研究进展进行综述,为在工业应用中降低细菌耐药性、指导食品生产安全、提高功能性生物膜产量等方面提供理论依据。     

嗜酸性硫杆菌群体感应系统研究进展

嗜酸性硫杆菌(Acidithiobacillus spp.)是一类重要的极端环境微生物与工业微生物。该类细菌通过氧化硫或亚铁获得电子以固定二氧化碳进行自养生长,是驱动矿山环境酸化和重金属溶出的关键菌群,也是生物冶金等微生物浸出技术中的核心菌群。群体感应(quorum sensing, QS)系统是细菌种内及种间信息交流的重要方式,广泛分布于嗜酸性硫杆菌等化能自养微生物中,比如类似于LuxI/R的AfeI/R系统。系统介绍近年来嗜酸性硫杆菌菌体感应系统研究成果,尤其是在AfeI/R种群分布、生物学功能、调节机制及其应用研究中的新发现与新理论。讨论今后嗜酸性硫杆菌群体感应系统研究的主要方向及需要解决的关键科学问题,以促进极端微生物群体感应系统理论研究的开展与产业应用技术的开发。     

细菌群体感应淬灭酶及其病害防治研究进展

微生物细胞间通过信号分子进行信息交流的现象即群体感应(Quorum sensing,QS),QS广泛存在于微生物群体中,且可以调控特定基因尤其是很多致病基因的表达。群体感应淬灭(Quorum quenching,QQ)是基于群体感应现象提出的新型病害防治策略,即通过抑制信号分子的合成、监测或对信号分子进行酶降解、修饰的途径来干扰群体感应以达到防治病害的目的。利用群体感应淬灭酶(Quorum quenching enzymes)降解微生物信号分子,是目前毒性最小、最为有效的群体感应淬灭途径。迄今为止,多种细菌信号分子的群体感应淬灭酶都已有报道,其中,酰基高丝氨酸内酯(N-acyl homoserine lactones,AHLs)和顺-11-甲基-2-癸烯酸(cis-11-Methyl-2-dodecenoic acid)群体感应淬灭酶研究最为深入。综述并分析了群体感应淬灭酶及其病害防治的研究现状、存在的问题和未来研究方向,为今后发展新型绿色安全病害防控措施提供关键理论和技术支撑。     

群体感应及其在动物病原菌致病中的作用

摘要: 群体感应是指微生物群体某些基因的表达受到与群体密度相关的信号分子调控的现象。微生物以酰基高丝氨酸内酯化合物,某些短肽分子,呋喃酮类化合物,以及一些小分子物质为信号分子,介导不同的群体感应系统。各群体感应系统之间以平行协同或层次串连的方式组织起来调控微生物各种基因。众多病原菌致病基因的表达与群体感应密切相关,主要表现在：群体感应帮助微生物对宿主的侵袭和定殖;调控毒力因子的产生和作用于宿主;以及介导病原菌对宿主的免疫能力和药物抗性。进行群体感应对微生物致病过程调控的研究,将有利于从群体感应入手进行病原菌防控新策略的探索。     

海洋微生物群体感应与群体感应淬灭的开发利用

群体感应与感应淬灭在微生物中普遍存在,群体感应通过调控基因表达赋予细菌有益或有害的特性,这些特性与人类健康、农业及水产养殖等领域密切相关。群体感应现象首先发现于海洋环境,近几年海洋采样等相关技术的发展,极大促进了海洋微生物的群体感应与淬灭研究的快速发展。本文对细菌及典型真菌的群体感应作用机制、信号分子的多样性以及其与细菌致病性的相关性进行了阐述,对群体感应淬灭的机制与意义、淬灭因子多样性以及相关酶资源的发掘也进行了分析和展望。     

真菌的群体感应现象及群体感应分子(QSMs)研究进展

为适应环境变化,微生物细胞间进行信息交流,导致其菌体形态、生物被膜的形成、毒素分泌等生理生化特征发生变化,这种细胞间交流的现象称为群体感应现象。最初在细菌中发现这种复杂的交流方式,后来,在真核生物(真菌)中也发现了这种现象,白色念珠菌是较早被报道具有群体感应系统的真菌之一。目前,已经在各种真菌中鉴定出了许多群体感应分子,其中,围绕白色念珠菌的群体感应现象及机制研究报道较多,发现了其主要的群体感应分子及其调控作用机制。本文中,笔者主要针对白色念珠菌群体感应分子的挖掘及其生理效应进行系统综述,此外,还对其他真菌群体感应现象及群体感应分子进行概述。最后,笔者预测不同真菌群体感应研究发展方向和潜在应用。     

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。     

碳源及温度对食源假单胞菌群体感应信号分子产生的影响

许多革兰氏阴性菌通过产生N-酰基-高丝氨酸内酯（AHLs）类信号分子来调控某些性状的表达,即群体感应（quorum sensing）。假单胞菌是一种导致食品腐败的重要腐败细菌,也产生AHLs。本文研究了不同温度及碳源对食源假单胞菌AHLs产生的影响。结果表明,该假单胞菌在25℃条件下,产生两种AHL信号分子,而在4℃条件下,所产生的短链AHL分子消失,主要产生长链AHL分子。而且在不同碳源（葡萄糖,果糖,木糖,麦芽糖等）的培养基中生长,所产生的AHLs分子种类也不同。同时发现当pH>7.5时,AHLs的稳定性下降。由此得出,在不同的环境条件(碳源及温度)下假单胞菌所产生的AHLs种类不同。为进一步研究群体感应现象在食品腐败中的作用以及开发基于干扰腐败菌群体感应的新型食品防腐技术提供研究基础。     

群体感应与微生物耐药性

微生物耐药性已成为全球关注的严重问题,其演化机制和调控机理也已成为研究热点。近年来的研究发现,一些微生物耐药性机制受到群体感应系统的调控。群体感应是一种在微生物界广泛存在并与菌体密度关联的细胞-细胞间的通讯系统。高密度的菌落群体能够产生足够数量的小分子信号,激活下游包括致病毒力和耐药性机制在内的多种细胞进程,耐受抗生素并且危害寄主。本文结合国内外最新的研究进展,对微生物群体感应系统的研究现状进行了概括性介绍,重点阐述了群体感应系统对微生物耐药性机制的调控作用,如微生物生物被膜形成和药物外排泵调控等方面的作用,并探讨了利用群体淬灭控制微生物耐药性的新策略。     

群体感应在生物强化功能菌定殖及降解能力增强中的作用研究进展

由于难降解有机污染物和外界环境对水处理系统的冲击干扰,污水水质常出现不达标现象。引入外源含有相关功能基因并且具有基因水平转移能力的工程菌株进行生物强化处理是提高污水处理效能的有效措施。污水处理系统中存在能够分泌信号分子的菌体,菌间具有群体感应现象,当种群密度达到感应阈值时,菌体会通过释放信号分子来触发一些群体行为,从而激活相关基因的表达(如生物膜形成、生物发光、抗生素合成和毒力因子表达等)。早期的群体感应技术研究主要集中在信号传递学、微生物社会行为学和医学微生物领域,近年来,在水处理领域也开始有相继报道,研究表明群体感应在污水生物处理中发挥重要作用,并且影响生物强化菌株的定殖和污染物降解,因此群体感应行为调控是生物强化技术成效显著与否的关键因素。本文综述了群体感应及信号分子的作用机制、信号分子释放及存在的影响因素以及群体感应对菌株定殖、微生物群落结构和污染物去除的影响,并对从群体感应角度出发研究生物强化过程进行了展望,旨在为生物强化技术的有效实施及提升污水处理效能提供一种新思路,为深入理解生物强化过程中群体感应调控行为提供理论参考。     

废水处理中群体感应调控行为研究进展

群体感应是微生物在繁殖过程中分泌一些特定的信号分子,当信号分子浓度达到一定阈值后,可以调控某些基因表达,从而实现信息交流的现象.群体感应调控着生物膜形成、公共物质合成、基因水平转移等一系列社会性行为,广泛存在于各类微生物信息交流中.活性污泥、生物膜和颗粒污泥等生物聚集体广泛存在群体感应现象,了解和认识群体感应与微生物之间的调控行为,对于废水处理具有重要意义.本文综述了感应信号分子的分类、群体感应调控机制,群体感应在活性污泥、生物膜、好氧颗粒污泥和厌氧颗粒污泥等废水处理中的调控行为的研究进展,并对废水处理中群体感应的研究进行了展望,以期为深入理解废水处理中群体感应调控行为提供参考.     

微生物的交流信号

多年来微生物一直被认为是相对孤立的个体,在环境中独立地生存,但近些年的研究使人们认识到微生物也使用复杂多样的方式进行种内、种间,甚至与其他生物间的跨界信息交流。这些交流由特定的信号分子来完成,称之为微生物语言。借助这些交流语言使微生物在特定的生态位中与其相邻个体或种群建立了多样的互动关系,包括合作、竞争与资源共享等,通过协调群体行为,共同应对多变的环境。随着现代分子科学对自然微生物群落的不断深入研究,人们对微生物交流也逐渐有了更为清晰的认知。本综述总结了原核和真核微生物所使用的主要信号物质(如群体感应、群体猝灭、抗生素等)和交流方式,讨论了这些通讯语言在种内(同种微生物)、种间(异种微生物),以及跨界(微生物与宿主)交流上的表现。旨在更为深入地解读这一有趣的多学科交叉研究领域,更好地理解微生物交流语言的形式、机制和目的,为微生物行为的解读和生态事件的解析获取基于化学生态学的新思路。     

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。     

微生物群体感应系统的调控机制及应用研究进展

微生物通过群体感应监控范围内菌体数量并调节其自身相关基因的启动表达,进而完成对质粒的接合转移、毒力因子的表达、抗生素的产生和稳定期的进入等一系列相关生命活动的控制,因此群体感应对细菌群体的稳定有重要作用,随着对群体感应系统研究的深入,群体感应相关基因元件及调控原理逐渐清晰,也有许多群体感应系统被应用于实践中。本文中,笔者综述了几种当今研究比较清楚且有代表性的微生物群体感应系统及其调控元件,并且介绍了利用群体感应相关元件构建基因开关实现代谢流的动态调控,以及利用致病菌的群体感应实现微生物的检测及杀灭的应用。     

群体感应(QS)在牙菌斑形成中的研究进展

形成牙菌斑的生物膜中存在大量微生物,各种微生物通过高丝氨酸内酯(AHL)或寡肽等不同的信号分子产生群体感应(QS),形成的群体感应使各种微生物建立了区系平衡,对龋齿及牙周炎等口腔疾病的治疗产生严重影响。因组成生物膜的各种微生物对抗生素的敏感性和耐受性有显著差异,因此在治疗中增加了对宿主免疫的相应要求。为进一步探讨QS系统在牙菌斑形成中的作用特点,本文就牙菌斑的形成与抗药机制、群体感应系统及其信号分子、群体感应系统的抑制因子和研究展望进行综述。     

基于天然产物的群体感应抑制剂的研究进展

细菌的群体感应现象是近年来微生物学、食品保藏学以及天然产物化学等领域研究的热点。随着对群体感应系统研究的不断深入,越来越多的群体感应类型不断地被报道,不同类型的群体感应现象由不同种类的信号分子来介导,各种群体感应抑制剂也不断地涌现。群体感应抑制剂可以阻断细菌的群体感应系统,抑制细菌毒力基因的表达而不影响细菌的生长与增殖,因此,应用群体感应抑制剂可以避免细菌因生长压力而产生耐药性。本文中,笔者主要按照信号分子的种类综述目前已报道的细菌群体感应系统的类型、群体感应的干扰策略以及天然产物来源的群体感应抑制剂的研究现状。另外,笔者还介绍了不同种类信号分子介导的细菌群体感应机制以及已报道的天然产物来源的细菌群体感应抑制剂的种类,并展望其应用前景。