希瓦氏菌生物被膜研究进展

希瓦氏菌（Shewanella spp.）是海产品中常见的优势腐败菌,易在食品加工设备表面形成生物被膜而难以清除。生物被膜的存在不仅会造成食品的持续污染和交叉污染,也会影响加工设备的使用,从而对国民健康和经济发展造成威胁。目前,针对希瓦氏菌生物被膜的研究主要集中在表型研究上,对其生物被膜形成分子机制的研究尚处于起步阶段。总结希瓦氏菌生物被膜的形成过程,重点论述希瓦氏菌生物被膜的形成机制并对希瓦氏菌生物被膜控制方法进行简要概括,展望未来的研究方向,以期为希瓦氏菌生物被膜的深入研究提供参考。     

顺反式肉桂醛对肉源隆德假单胞菌生物被膜和致腐性的抑制作用

【目的】为比较反式和顺式肉桂醛对肉源假单胞菌生物被膜和致腐性的影响。【方法】通过平板计数测定两种肉桂醛对隆德假单胞菌的最小抑菌浓度(MIC),结晶紫法、珠涡流法、激光共聚焦显微镜观察、福林法等检测亚抑菌浓度肉桂醛处理下隆德假单胞菌生物被膜形成、运动性和胞外酶活性变化。荧光定量RT-PCR检测肉桂醛对隆德假单胞菌粘附lapA、鞭毛fliC、蛋白酶aprX和脂肪酶lip基因表达量的影响。【结果】反式和顺式肉桂醛对隆德假单胞菌的MIC分别为200μg/mL和225μg/mL,1/8 MIC、1/4MIC、1/2MIC亚抑菌浓度肉桂醛显著降低隆德假单胞菌生物被膜结晶紫和粘附性,其中1/2MIC反式和顺式肉桂醛处理下被膜分别减少60.27%和52.05%,菌体粘附降低56.35%和61.10%。亚抑菌浓度肉桂醛显著减少被膜厚度,反式肉桂醛还能显著杀灭被膜菌。且肉桂醛能显著抑制菌体的泳动性,反式肉桂醛对生物被膜和泳动性的抑制效果更强。肉桂醛还能抑制隆德假单胞菌蛋白酶和脂肪酶活性,其中1/2MIC反式和顺式肉桂醛处理下菌体蛋白酶分别减少61.90%和76.19%,脂肪酶降低40.17%和47.01%。且发现肉桂醛显著降低lapA、fliC、aprX和lip表达量,其中1/2MIC反式和顺式肉桂醛分别降低4个基因表达量至对照组的0.05–0.16和0.02–0.12倍。【结论】两种亚抑菌浓度肉桂醛异构体显著抑制隆德假单胞菌生物被膜和致腐性,其中反式肉桂醛对生物被膜抑制较强,而顺式肉桂醛更有效地降低致腐酶活性,其与肉桂醛下调相应基因表达密切相关。     

群体感应对铜绿假单胞菌生物被膜形成的调控

生物被膜是一种与浮游细胞相对应的生长方式,由细菌和自身分泌的包外基质组成。铜绿假单胞菌是研究这一生长方式的模式生物。在过去十年,对铜绿假单胞菌生物被膜的研究已取得显著进展。群体感应(QS)的细胞沟通机制在铜绿假单胞菌生物被膜形成中发挥着重要作用。介绍生物被膜的特点,并重点讨论了QS和生物被膜之间的关系。     

奥奈达希瓦氏菌电活性生物被膜的研究进展

面对日益严峻的能源紧缺与环境污染形势,电活性微生物(electroactive microorganisms)的电催化过程为实现绿色生产提供了新的思路。奥奈达希瓦氏菌具有独特的呼吸方式和电子传递能力,在微生物燃料电池、增值化学品的生物电合成、金属废物处理和环境修复系统等领域有着广泛的应用。奥奈达希瓦氏菌(Shewanella oneidensis MR-1)电活性生物被膜是实现电活性微生物电子传递过程的优良载体,其形成过程十分复杂且受到多种因素的影响和调控,在增强细菌环境抗逆性、提高电子传递效率等多方面发挥着十分重要的作用。本文较为系统地综述了奥奈达希瓦氏菌生物被膜的形成过程、影响因素及其在生物能源、生物修复和生物传感中的相关应用,为进一步实现其在更多领域的应用提供了理论基础。     

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。     

嗜水气单胞菌群体感应信号分子AI-2的细胞外生物 合成及活性检测

【目的】对嗜水气单胞菌群体感应信号分子AI-2进行细胞外生物合成及活性检测。【方法】对LuxS、MtnN-1、MtnN-2蛋白进行氨基酸序列分析、表达及纯化。以S-腺苷同型半胱氨酸(SAH)为底物,利用纯化的LuxS分别与MtnN-1及MtnN-2蛋白共同作用合成AI-2,并利用哈维氏弧菌报告菌株BB170检测AI-2活性。【结果】嗜水气单胞菌培养液上清中AI-2活性在8 h达到空白对照的16.96倍。氨基酸序列分析表明,嗜水气单胞菌与水生病原菌哈维式弧菌和迟钝爱德华氏LuxS一致性达到76%以上,MtnN-1与MtnN-2氨基酸序列一致性为26.37%,其中MtnN-2与哈维氏弧菌和迟钝爱德华氏菌Pfs一致性达到53%以上。成功表达及纯化了LuxS、MtnN-1和MtnN-2蛋白,细胞外LuxS和MtnN-1共同作用合成的AI-2活性是空白对照的45.04倍,LuxS和MtnN-2共同作用合成的AI-2活性是空白对照的63.62倍。【结论】嗜水气单胞菌能够合成信号分子AI-2。MtnN-1和MtnN-2氨基酸序列尽管存在较大差异,但两者均能与LuxS共同催化AI-2的细胞外生物合成。     

一株单环刺螠肠道电活性希瓦氏菌Shewanella marisflavi的生理学特性

【目的】探究以单环刺螠为代表的海洋环节动物肠道中电活性微生物的存在情况,并表征其生理学及电化学特性。【方法】采用平板划线法、16S rRNA基因测序技术分离纯化菌株并进行菌株鉴定。利用扫描电镜表征菌株形态。高效液相色谱(high performance liquid chromatography,HPLC)检测其无氧呼吸底物氧化及产物生成情况。通过菲啰嗪和甲醛肟显色法检测菌株的异化Fe(Ⅲ)和Mn(Ⅳ)还原能力。借助单室微生物燃料电池(single-chamber microbial fuel cells,SCMFCs)及循环伏安法检测菌株的电化学活性。【结果】从单环刺螠肠道中成功分离得到了一株兼性厌氧菌,16S rRNA基因序列比对结果显示该菌株与Shewanellamarisflavi的相似性达99.93%。扫描电镜结果显示其为杆状,长约2μm,宽度约为0.5μm。HPLC检测结果表明,该菌能以乳酸钠为电子供体,富马酸为电子受体进行无氧呼吸并伴随代谢产物乙酸钠和琥珀酸产生。菲啰嗪和甲醛肟显色法结果证实,该菌具有异化铁、锰还原能力。单室MFCs检测结果发现该菌的最大电流输出密度为146 mA/m2,循环伏安法检测结果显示该菌在0.14 V和–0.51 V位置处分别存在氧化峰和还原峰。【结论】本研究结果证实以单环刺螠为代表的海洋环节动物肠道中存在以Shewanella marisflavi UU-3-2为代表的电活性微生物。表明电化学活性微生物在海洋环节动物肠道中广泛存在。     

李斯特菌生物被膜形成的调控

单核细胞增生李斯特菌(Listeria monocyiogenes)能引起人和动物脑膜炎、败血症、流产和单核细胞增多等症状,临床发病率在美国和欧洲等西方发达国家大约为2-8例/10万人,死亡率20％-30％或更高,被WHO列为关系食品卫生安全的重要病源细菌之一一[1-2].该菌能在多数固体表面形成生物被膜,在食品生产、加工、运输和保藏过程中,一旦发生细菌感染并形成生物被膜便难以将其彻底清除,严重威胁着食品卫生安全[3],但其生物被膜形成的具体分子机制尚不清楚[4].     

生物被膜：益生菌肠道定植的新策略

益生菌可改善机体微生态平衡,在促进营养吸收、控制肠道感染和调节免疫功能等方面具有特殊的功效,但存在胃肠道环境难定植、口服生物利用度低等问题。生物被膜是多个细菌黏附于非生物或生物表面,分泌胞外聚合物(extracellular polymeric substances),并将自身包裹其中形成的一种有组织的细菌集团,包含胞外多糖(exopolysaccharides,EPS)、蛋白质、胞外DNA(extracellular deoxyribonucleic acid, eDNA)和脂质等多种组成成分,是一个具有三维立体空间结构的聚集体。被膜状态的益生菌较浮游菌在抗逆性、对抗病原菌和调节免疫功能等方面具有明显优势,这些特点为新型益生菌的开发提供了新的研究思路。本文阐述了被膜状态益生菌的优势,重点介绍了促进益生菌生物被膜形成的活性物及其形成机制,简述了益生菌生物被膜的安全性问题。当前,益生菌生物被膜的研究尚处于起步阶段,希望本文能为该领域未来的研究提供参考。     

铜绿假单胞菌铁摄取与生物被膜形成研究进展

生物被膜是单细胞微生物通过其分泌的胞外多聚基质粘附于介质表面并将其自身包绕其中而成的膜样微生物细胞聚集物。生物被膜的形成使细菌具有更强的适应外界环境的能力,也是导致微生物产生耐药性及慢性感染性疾病难以治疗的重要原因之一。铜绿假单胞菌在肺部的定殖是肺囊性纤维化病患者发病和死亡主要原因,其造成的感染通常与形成抗生素抗性极强的生物被膜有关。铜绿假单胞菌生物被膜的形成受控于多种复杂的细菌调控体系之下,包括群体感应系统及参与调节胞外多聚基质合成的双组分调控系统等。此外,为了利用低浓度的环境铁来维持生存并完成各种生理功能,铜绿假单胞菌进化出了一系列铁摄取系统,这些系统对其毒力因子的释放和生物被膜的形成又起着重要的调控作用。本文主要对铜绿假单胞菌生物被膜的形成与调控机制及其铁摄取系统进行了综述,为进一步了解及清除铜绿假单胞菌引发的问题提供途径与思路。     

AI-2通过调节c-di-GMP代谢酶DosC影响类志贺邻单胞菌生物膜形成及运动性

细菌中广泛分布的群体感应信号分子autoinducer-2 (AI-2)会影响细菌的生物膜形成及运动性等生理过程,然而该信号对类志贺邻单胞菌相关表型的调控作用及其分子机制尚未有所报道。【目的】揭示AI-2通过影响胞内环二鸟苷单磷酸(c-di-GMP)水平调控类志贺邻单胞菌生物膜形成及运动性的内在机制,为类志贺邻单胞菌感染的防治提供新思路。【方法】首先利用同源重组方法构建luxS基因敲除菌株(ΔluxS),通过软琼脂平板法和结晶紫染色法分别检测其与野生型泳动能力和生物膜形成水平的差异;之后通过序列比对找到AI-2的潜在受体蛋白DosC(SAMEA2665130＿2180),利用哈维氏弧菌生物发光实验及等温滴定量热实验(ITC)研究DosC的配体结合结构域(ligand-binding domain,LBD)与AI-2的结合能力;通过体外酶活实验、胞内c-di-GMP定量分析研究AI-2对DosC受体活性的影响;最后参照前述方法构建受体DosC编码基因敲除菌株(ΔdosC)并检测其与野生型相比泳动能力和生物膜形成水平的变化。【结果】AI-2与DosC-LBD显示出高亲和作用力;通过高效液相...     

海产品嗜冷菌波罗的海希瓦氏菌中3个冷激蛋白功能分析

【目的】波罗的海希瓦氏菌是冷藏海产品中常见的腐败菌,而该菌中关于冷激蛋白的功能研究尚未见报道。本研究从分子生物学角度分析波罗的海希瓦氏菌中3个冷激蛋白各自的功能。【方法】采用BEAST软件分析γ-变形菌纲中部分食源性微生物的冷激蛋白进化时间,接着利用实时荧光定量PCR方法检测波罗的海希瓦氏菌3个冷激蛋白基因的表达规律,进而构建3个冷激蛋白的基因敲除株,分析敲除株在不同温度和不同环境胁迫条件下的生长状况、群体感应现象以及致腐能力,最后构建3个冷激蛋白的异源表达菌株并分析它们在不同温度和不同环境胁迫条件下的生长状况。【结果】波罗的海希瓦氏菌中鉴定到3个冷激蛋白,分别为cspC、cspD、cspG。所有γ-变形菌纲的cspD基因单独聚成一支,并于1 109.6百万年前与其他csp基因相分离,波罗的海希瓦氏菌的cspC和cspG在858.8百万年前互相分开。cspG基因是波罗的海希瓦氏菌低温生存的必需基因,且广泛响应环境胁迫条件;cspC基因对cspG基因功能的实施起辅助作用;cspD不响应冷激,但却会随生长阶段的变化而发生变化。此外,cspC基因和cspG基因在低温条件下与细菌的致腐能力相关。【结论】波罗的海希瓦氏菌3个冷激蛋白基因各有不同,且cspC基因和cspG基因与该菌致腐能力有关,这为今后研究腐败菌的冷适应和致腐机制提供了新思路。     

基于比较基因组学分析大黄鱼来源波罗的海希瓦氏菌的防御系统

【目的】波罗的海希瓦氏菌是冷藏海产品中常见的腐败菌,通过全基因组测序和转录组测序,分析它们的规律成簇间隔短回文重复序列(clustered regularly interspaced short palindromic repeats,CRISPR)系统和限制修饰(restricted modification,R-M)系统,为波罗的海希瓦氏菌的基础生物学研究和海产品中微生物的致腐机制提供理论基础。【方法】分析大黄鱼来源波罗的海希瓦氏菌SB-19株和W-3株的致腐能力,对W-3株的全基因组序列进行测序、组装和注释,结合已报道的SB-19株和27株希瓦氏菌的全基因组序列,采用比较基因组学方法探究它们的CRISPR和R-M系统的差异,进而对SB-19株和W-3株在不同生长时期进行转录组测序,以及两株菌内致腐相关基因的共进化分析。【结果】灭菌大黄鱼汁中产生挥发性盐基总氮和三甲胺值显示波罗的海希瓦氏菌SB-19株和W-3株分别为强致腐能力和弱致腐能力菌株;平均核苷酸一致性证实SB-19株和W-3株为波罗的海希瓦氏菌,但基于全基因组构建的系统发育树则发现二者之间存在遗传信息上的差异;SB-19株...     

信号分子AI-2合成关键基因luxS对副溶血性弧菌生物学特性的影响

[背景]副溶血性弧菌是全球范围重要的食源性病原菌,能引起急性肠胃炎。群体感应系统LuxS/AI-2影响细菌的生物学特性,为研究副溶血性弧菌的传播机制和控制技术提供了新的途径。[目的]探讨群体感应信号分子AI-2合成关键基因luxS对海产品中分离的副溶血性弧菌Vp2009027生物学特性的影响。[方法]利用自杀质粒同源重组技术敲除信号分子AI-2合成关键基因luxS,构建副溶血性弧菌Vp2009027的luxS基因缺失株,通过比较野生株与luxS基因缺失株的生长曲线、AI-2活性、运动能力、生物膜形成能力和耐药性,分析LuxS/AI-2系统对副溶血性弧菌生物学特性的影响。[结果]构建了副溶血性弧菌Vp2009027的luxS基因缺失株,野生株和luxS基因缺失株的生长无明显差异,luxS基因的缺失导致AI-2合成受阻、运动能力和生物膜形成能力增强、四环素耐药性降低。[结论]luxS基因对副溶血性弧菌的生物学特性具有重要的调控作用,为进一步研究副溶血性弧菌的传播机制和研发控制技术提供基础。     

乳酸菌群体感应与其肠道生物膜形成的研究进展

肠道内栖息着数量庞大且复杂的微生物菌群,是一个具有生物多样性的微环境,菌群在调节宿主肠道健康中发挥着重要作用。群体感应(quorumsensing,QS)是细菌间通过化学信号分子进行信息传递的重要方式。本文综述了QS系统组成、信号转导机制及AI-2/LuxS系统对肠道生物膜形成的调控,介绍了乳酸菌AI-2/LuxSQS系统及其在调控生物膜形成上的作用。通过肠道乳酸菌QS与生物膜形成综述分析,旨在为肠道屏障功能和健康调控提供新思路。     

rpoS基因缺失突变对荧光假单胞菌胁迫耐受性、群体感应及腐败活性的影响

【目的】微生物活动是引起食品腐败的主要原因,研究食品腐败菌的腐败作用调控机制对于保证食品的质量和安全具有重要意义。荧光假单胞菌是一种代表性的食品腐败菌,本文旨在研究RNA聚合酶的选择性sigma因子Rpo S在荧光假单胞菌致腐败过程中的作用。【方法】运用同源重组的方法构建荧光假单胞菌冷藏鱼分离株的rpo S基因缺失突变株,比较野生型和突变株暴露于不同胁迫条件下的存活率;通过液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)分析野生型和突变株产生高丝氨酸内酯类(AHLs)群体感应信号分子的种类和含量;检测野生型和突变株接种于灭菌三文鱼汁后4°C贮存过程中的菌落总数和挥发性盐基氮的生成量。【结果】成功构建了荧光假单胞菌rpo S基因缺失突变株。rpo S基因的缺失导致荧光假单胞菌对10 mmol/L H2O2和15%乙醇的耐受性显著降低,对150μg/m L结晶紫和175 mmol/L醋酸的耐受性有一定程度增强,不影响其对47°C和20%Na Cl的耐受性。荧光假单胞菌在rpo S基因缺失突变后长链信号分子C_(10)-HSL、C_(12)-HSL和C_(14)-HSL的含量增加。在灭菌三文鱼汁中的腐败活性检测表明rpo S基因缺失可导致荧光假单胞菌挥发性盐基氮的生成量显著降低。【结论】荧光假单胞菌的Rpo S不仅调节细菌对多种胁迫条件的耐受性,还影响AHL群体感应和腐败活性。     

大肠埃希菌生物被膜基因调控研究进展

大肠埃希菌(Escherichia coli)是一种兼性厌氧、有鞭毛的革兰氏阴性短杆菌,常寄生于人和动物肠道内,是常见的人畜共患病病原之一。大肠埃希菌易形成生物被膜,这是一种由细菌群落分泌能够包裹自身的胞外基质与细菌结合形成的特殊聚集体,也是临床细菌感染疾病难以治愈的主要原因。生物被膜的形成不仅帮助细菌逃避宿主的防御系统,还可以降低或阻止药物发挥作用,从而诱发生物被膜相关感染(biofilm-associated infections, BAI)。本文从生物被膜形成的基因调控系统和相关调控蛋白等角度,归纳总结调控大肠埃希菌生物被膜形成的分子机制,并对防治BAI的策略进行了概述,为寻找合适的药物靶点以及防治BAI提供参考。