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。     

基于Lux型群体感应系统干预的生物被膜调控在污水处理中的研究进展与前景

基于Lux型群体感应系统的生物被膜调控在污水处理中的研究备受关注,群体感应系统的干预包括正向强化和负向削弱两类。群体感应系统的正向强化作用可提高生物膜法污水处理中的挂膜速度,提高污水处理效率,促进活性污泥中胞外聚合物(Extracellular polymeric substance,EPS)和可溶性微生物产物(Soluble microbial products,SMP)的生成,提高生物被膜的产量;群体感应的负向削弱作用可以降解生物被膜形成过程中所需要的信号分子,切断生物被膜形成的基因表达过程,有效抑制MBR膜表面生物被膜的形成,防止膜污染。对信号分子酰基高丝氨酸内酯(N-acyl homoserine lactone,AHLs)的结构和作用机理的进一步研究、群体感应淬灭菌的固定化技术与应用、多种防治膜污染方法的协同效果验证及群体感应干预在更多污水处理领域的应用可行性是该领域要研究的几个重要方向。     

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。     

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。     

生物聚集体中群体感应作用的研究进展

群体感应是微生物利用信号分子感知环境条件并进行特定基因表达调控.近年来,随着群体感应在微生物信息交流中的作用日益凸显,其在生物聚集体(生物膜和颗粒)形成过程中的作用受到广泛关注.本文综述了自体诱导信号分子AI的分类和相应的群体感应调控方式,以及群体感应信号分子对生物聚集体形成和结构稳定的调控,并对群体感应研究新领域进行了展望.     

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。     

荧光假单胞菌2P24中gidA基因对PcoI/PcoR群体感应系统的影响

【目的】荧光假单胞菌(Pseudomonas fluorescens)2P24中PcoI/PcoR群体感应系统是调控生物膜形成与植物根部定殖能力的重要元件,同时该系统也受到多种上游因子的调控。利用遗传学方法研究P.fluorescens 2P24中gidA基因对群体感应系统的调控作用。【方法】将群体感应信号合成基因pcoI的转录报告质粒p970km-pcoIp转入菌株2P24和gidA基因突变体中以检测gidA对pcoI基因表达的影响,并利用报告菌Agrobacterium tumefaciens NTL4(pZLR4)测定菌株2P24及其衍生菌的信号N-乙酰高丝氨酸内酯(AHL)产量。【结果】gidA基因突变后pcoI基因的转录表达和AHL产量与野生型2P24相比显著降低。gidA基因突变体的游动能力没有受到明显的影响,但生物膜的形成显著低于野生型和互补菌株。小麦根部定殖实验表明,温室条件下gidA突变菌株在灭菌土和自然土中对小麦根尖和根围的定殖量较野生型和互补菌显著减少。此外,突变gidA基因并不影响菌株在LB培养基中的生长,但以葡萄糖、蔗糖、果糖、甘油、半乳糖、阿拉伯糖、甘露糖、木糖或山梨醇为唯一碳源时,gidA突变体的生长受到明显的抑制。【结论】GidA对假单胞菌2P24中的PcoI/PcoR群体感应系统、生物膜形成、定殖和碳源利用具有显著的正调控作用。     

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。     

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。     

细菌群体感应信号分子——酰基高丝氨酸内酯的检测

革兰氏阴性菌根据信号分子N-酰基高丝氨酸内酯(AHLs)的浓度可以监测周围环境中自身或其他细菌的数量变化,当信号分子达到一定浓度阈值时,能启动相关基因的表达来适应环境的变化,这一调控系统被称为细菌的群体感应(quorumsensing,QS)系统。快速简便而有效地检测细菌是否以及产生何种信号分子成为深入研究和了解细菌群体感应的重要手段。现对信号分子AHLs敏感的用于检测不同的信号分子AHLs的微生物传感菌进行综述,并对其检测能力进行了讨论。     

细菌群体感应信号分子N-酰基高丝氨酸内酯的检测

群体感应是细菌生长到一定密度时相互感应,并进行基因表达及调控产生的独特、多样的群体行为现象。N-酰基高丝氨酸内酯(AHL)类化合物是革兰阴性菌群体感应中最重要的一类信号分子,调控许多生理特性基因的表达。快速、简便、有效地检测细菌能否产生AHL或产生何种信号分子,成为深入研究和了解细菌群体感应的重要手段。我们就细菌群体感应信号分子AHL检测的基本原理和方法及国内外研究进展进行了总结。     

藻菌共生处理污水的机制与应用研究进展

在污水处理领域,藻菌共生有同步脱氮、除磷效率高、排放温室气体量低、生物质可资源化回收等优势,近年来受到学者的重视。目前鲜有综述污水处理中藻类与细菌、真菌及混合藻菌间互作机制的文章。本文从藻类-细菌、藻类-真菌、混合藻-混合菌3个方面介绍藻菌共生处理污水的研究进展,重点阐述藻菌间营养物质交换、信号传导及生物絮凝3种不同互作机制,总结污水处理中常见的藻菌共生生物反应器及其应用效果,并从互作机理研究、规模化应用及生物质回收利用的角度展望了今后的研究方向。     

群体感应信号分子AI-2研究进展

群体感应(QS)是细菌根据种群密度的变化调控基因表达,协调群体行为的机制。除具有种特异性的信号分子AI-1外,近年来发现一类新的信号分子AI-2在调控细菌基因表达中起重要作用。AI-2的结构和生物合成途径已被确定,其产生依赖于一种称为LuxS的蛋白。目前认为AI-2在细菌种间交流中起通用信号分子(universalsignal)的作用。了解细菌的QS调控过程以及种间细胞交流的新机制,有助于对细菌病害进行防治。     

Messing with bacterial quorum sensing.

Quorum sensing is widely recognized as an efficient mechanism to regulate expression of specific genes responsible for communal behavior in bacteria. Several bacterial phenotypes essential for the successful establishment of symbiotic, pathogenic, or commensal relationships with eukaryotic hosts, including motility, exopolysaccharide production, biofilm formation, and toxin production, are often regulated by quorum sensing. Interestingly, eukaryotes produce quorum-sensing-interfering (QSI) compounds that have a positive or negative influence on the bacterial signaling network. This eukaryotic interference could result in further fine-tuning of bacterial quorum sensing. Furthermore, recent work involving the synthesis of structural homologs to the various quorum-sensing signal molecules has resulted in the development of additional QSI compounds that could be used to control pathogenic bacteria. The creation of transgenic plants that express bacterial quorum-sensing genes is yet another strategy to interfere with bacterial behavior. Further investigation on the manipulation of quorum-sensing systems could provide us with powerful tools against harmful bacteria.     

Messing with Bacterial Quorum Sensing

Quorum sensing is widely recognized as an efficient mechanism to regulate expression of specific genes responsible for communal behavior in bacteria. Several bacterial phenotypes essential for the successful establishment of symbiotic, pathogenic, or commensal relationships with eukaryotic hosts, including motility, exopolysaccharide production, biofilm formation, and toxin production, are often regulated by quorum sensing. Interestingly, eukaryotes produce quorum-sensing-interfering (QSI) compounds that have a positive or negative influence on the bacterial signaling network. This eukaryotic interference could result in further fine-tuning of bacterial quorum sensing. Furthermore, recent work involving the synthesis of structural homologs to the various quorum-sensing signal molecules has resulted in the development of additional QSI compounds that could be used to control pathogenic bacteria. The creation of transgenic plants that express bacterial quorum-sensing genes is yet another strategy to interfere with bacterial behavior. Further investigation on the manipulation of quorum-sensing systems could provide us with powerful tools against harmful bacteria.     

喹诺酮信号系统研究进展

喹诺酮信号系统是铜绿假单胞菌群体感应调控网络中一个重要组成部分,对于绿脓菌素和弹性蛋白酶等毒力因子的表达及细菌生物被膜形成和细菌运动具有重要的调控作用,因此与临床细菌感染密切相关。3,4-二羟基-2-庚基-喹诺酮(Pseudomonas quinolone signal,PQS)及2-庚基-4喹诺酮(4-hydroxy-2-heptylquinoline,HHQ)是pqs调控系统中重要的信号分子。PQS对于细菌在压力下群体密度及细菌物质运输具有调控作用,从而增强细菌对于环境的适应能力。同时PQS等分子在一定程度上抑制了人体的免疫系统,帮助细菌在宿主体内生存。HHQ在其他革兰氏阴性细菌及革兰氏阳性细菌中也有合成并发挥调控作用,所以喹诺酮信号分子不仅是种内也是种间交流媒介。将喹诺酮系统作为靶点降低细菌的信号交流是抑制细菌感染的一个新思路。本文对喹诺酮信号系统进行概述。