海洋微生物群体感应抑制剂研究进展

海洋生态环境复杂多变,其未被开发的栖息地蕴藏着丰富且稀有的生物资源,具有高盐、高压、寡营养、常年高温或低温等特点。海洋微生物经过长期持续的缓慢进化,已形成独特的代谢机制来适应海洋相对特殊的生态环境,极大地增加了发现新型活性物质的可能性。因此,海洋微生物代谢产物被认为是发现新型天然活性化合物(群体感应抑制剂)的潜在来源。本文首先介绍群体感应概念及起源,随后简述不同种群群体感应系统,然后介绍群体感应抑制剂定义及分类,最后回顾海洋微生物群体感应抑制剂的研究进展,从而为进一步研究群体感应抑制剂奠定基础,同时也为研发新型抗病原菌感染药物提供新的思路。     

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。     

微生物聚集中的群体感应与交流合作

微生物的聚集过程受群体感应机制的调控,而聚集态的形成有利于抵抗环境胁迫压力,同时也增强菌体间的交流合作并影响菌体的行为与代谢。研究微生物间交流合作的机制以及群感效应和群感淬灭机理对于调控有益微生物聚集和病原微生物解聚,实现微生物资源的高效利用和病原微生物的有效防控具有重要意义。同时也为应用于食品、医药、养殖行业的微生态制剂的研发提供新的研究思路。     

群体感应与群体淬灭及其在抗微生物感染中的潜在应用

自从发现群体感应现象以来,由于其可替代抗生素药物以避免抗药性突变株出现的潜在应用前景,有关群体感应与群体淬灭研究日益受到人们的广泛关注,相关研究的进展速度促使研究者无法不相信群体淬灭机制作为新药开发的巨大价值。我们重点讨论了群体感应与群体淬灭的作用机制,并探讨了以群体淬灭方式作为抗病原性药物开发的应用前景。     

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。     

活性污泥中群体感应淬灭菌的分离纯化及功能验证

【背景】近年来,群体感应淬灭(Quorum Quenching,QQ)技术在膜生物污堵防控中的应用研究受到了广泛关注。然而,目前已成功分离纯化的高效QQ菌有限,更多高效QQ菌资源亟待挖掘。【目的】从实际运行的膜生物反应器(MembraneBioreactor,MBR)活性污泥中采样,分离并富集高效QQ菌。【方法】以根瘤农杆菌(Agrobacterium tumefaciens) A136为报告菌株,使用指示琼脂平板法测定各菌株的N-辛酰基高丝氨酸内酯(N-Octanoyl-DL-Homoserine Lactone,C8-HSL)降解能力。以紫色色杆菌(Chromobacterium violaceum) VIR24为报告菌株,定量测定所得QQ菌降解N-己酰高丝氨酸内酯(N-Hexanoyl-DL-Homoserine Lactone,C6-HSL)信号分子的能力。通过微生物形态、生理生化及16SrRNA基因序列测定、构建系统发育树、扫描电子显微镜形态观测等方法对菌株进行分类学鉴定。用共培养法分析QQ菌对生物膜形成的抑制能力,通过聚乙烯醇和海藻酸钠包埋固定化QQ菌。【结果】筛选出了6株高效QQ菌,其中对C8-HSL分解能力最强的为杆状、革兰氏阴性戴尔福特菌属(Delftia sp.) JL5。定量分析结果表明菌株JL5能在10 h内完全降解C6-HSL。菌株JL5显著抑制铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa) PAO1和菠萝泛菌(Pantoea ananatis) SK-1生物膜的形成。固定化后的JL5微球仍具有高效的C6-HSL和C8-HSL信号分子分解能力,而且分解速度较被广泛报道的红球菌(Rhodococcussp.)BH4更快。【结论】研究分离得到了高效的QQ菌,能够有效抑制N-酰基高丝氨酸内酯(N-Acyl-HomoserineLactones,AHL)型群体感应菌生物膜的形成,固定化后仍然具有强QQ活性,具备广泛的应用前景,为后续QQ膜生物污堵防控技术的实践应用奠定了基础。     

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。     

土壤中群体感应淬灭细菌的原位分离与筛选

【背景】许多革兰氏阴性细菌通常以N-酰基高丝氨酸内酯(N-acylhomoserine lactones,AHLs)作为群体感应主要的信号分子。【目的】从土壤中筛选和鉴定新型群体感应淬灭细菌。【方法】通过"垫圈法"从土壤中原位培养分离细菌,采用琼脂条法、报告菌平板法及β-半乳糖苷酶活性测定筛选群体感应淬灭细菌,根据16S rRNA基因序列同源性分析确定菌株系统发育地位。【结果】从不同地区土样中原位培养共分离获得细菌502株。以根癌土壤杆菌Agrobacterium tumefaciens NTL4 (pZLR4)作为报告菌,最终得到11株具有较强降解AHLs能力的细菌,包括假单胞菌5株、不动杆菌4株、变形杆菌和莱茵海默氏菌各1株。大部分细菌可完全降解N-3-羰基十二酰基高丝氨酸内酯(3OC12-HSL),部分细菌对N-(3-氧代己酰)高丝氨酸内酯(3OC6-HSL)和N-3-氧代辛酰高丝氨酸内酯(3OC8-HSL)具有一定降解活性。【结论】Proteus和Rheinheimera可降解AHLs,为今后防治依赖群体感应的植物细菌病害提供新型生防资源。     

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     

青岛近海沉积物生物被膜中密度感应及密度感应淬灭细菌多样性

【背景】细菌密度感应(Quorum sensing,QS)是指细菌利用分泌的信号分子进行相互交流的现象,而密度感应淬灭(Quorumquenching,QQ)是指通过干扰信号分子的产生、释放、积累或应答从而阻抑密度感应通路。【目的】探究青岛近海沉积物生物被膜中密度感应和密度感应淬灭细菌的多样性。【方法】采用海水培养基2216E从青岛近海沉积物生物被膜中分离获取可培养细菌,采用平板交互划线和高通量筛选的方法分别筛选具有密度感应和密度感应淬灭的菌株。【结果】共分离获得83株共54种具有密度感应和密度感应淬灭的细菌,分属于四大细菌门类:变形菌门、拟杆菌门、厚壁菌门和放线菌门。其中,38株(45.8%)可以产生酰基高丝氨酸内酯(Acyl-homoserine lactone,AHL)类信号分子,它们分属于变形菌门(37株,15种)和拟杆菌门(1株,1种),优势属为弧菌属和鲁杰氏菌属;能够降解AHL类信号分子的有57株(68.7%),在变形菌门(41株,23种)、拟杆菌门(14株,10种)、厚壁菌门(5株,5种)以及放线菌门(1株,1种)中均有分布。【结论】在青岛近海沉积物生物被膜可培养细菌中,具有密度感应和密度感应淬灭现象的菌株具有很高的丰度和多样性,为后续生态学意义的研究与海洋微生物的开发提供了参考。     

群体感应抑制活性海洋细菌的筛选与鉴定

从黄海青岛海域海洋污泥中分离纯化微生物菌株,然后采用紫色色杆菌(Chromobacterium violaceum) 为指示菌株,检测其代谢产物的群体感应(Quorum sensing) 抑制活性,并对具有抑制功能的细菌菌株进行16S rDNA分子鉴定及生理生化特征分析.结果表明,1株蜡样芽孢杆菌和1株水莱茵海默氏菌具有较强的细菌群体感应抑制活性,分别命名为Bacillus cereus QSI01和Rheinheimera aquimaris QSI02.从海洋环境中筛选的具有细菌群体感应抑制活性的菌株,为以致病菌群体感应系统为靶点的新型药物的研发提供了菌种资源.     

具有细菌群体感应抑制活性海洋来源真菌的筛选鉴定

许多致病菌的致病机制依赖于群体感应系统的调控,经实验证明群体感应系统突变或缺失的菌株致病能力显著下降,筛选高效的群体感应抑制剂有望成为解决细菌感染以及细菌耐药性问题的一个有效途径。从海洋软体动物体内分离海洋真菌69株,发酵液粗提物经QSIS2 (Quorum Sensing Inhibitor Selector 2) 筛选模型和紫色杆菌CV026指示菌株筛选后得到编号QY013的粗提物具有群体感应抑制活性,进一步实验表明该粗提物能够显著降低铜绿假单胞菌群体感应调控的毒力因子绿脓菌素的产量,以及紫色杆菌群体感应调控的紫色菌素的产量,且在有效浓度范围内对细菌生长不产生影响。形态学特征和18S rDNA序列分析表明菌株QY013为Penicillium属。文中筛选到一株具有细菌群体感应抑制活性的海洋来源真菌,其发酵液粗提物中的有效活性成分可用于新型抗菌药物的研究。     

Luminescence, virulence and quorum sensing signal production by pathogenic Vibrio campbellii and Vibrio harveyi isolates

Aims:  To study the relationship between luminescence, autoinducer production and virulence of pathogenic vibrios. Methods and Results:  Luminescence, quorum sensing signal production and virulence towards brine shrimp nauplii of 13 Vibrio campbellii and Vibrio harveyi strains were studied. Although only two of the tested strains were brightly luminescent, all of them were shown to produce the three different types of quorum sensing signals known to be produced by Vibrio harveyi. Cell-free culture fluids of all strains significantly induced bioluminescence in the cholerae autoinducer 1, autoinducer 2 and harveyi autoinducer 1 reporter strains JAF375, JMH597 and JMH612, respectively. There was no relation between luminescence and signal production and virulence towards brine shrimp. Conclusions:  There is a large difference between different strains of Vibrio campbellii and Vibrio harveyi with respect to bioluminescence. However, this is not reflected in signal production and virulence towards gnotobiotic brine shrimp. Moreover, there seems to be no relation between quorum sensing signal production and virulence towards brine shrimp. Significance and Impact of the Study:  The results presented here indicate that strains that are most brightly luminescent are not necessarily the most virulent ones and that the lower virulence of some of the strains is not due to a lack of autoinducer production.     

群感效应对电活性微生物胞外电子传递的影响

群感效应（quorum sensing,QS）是微生物之间以信号分子受体蛋白感知信号浓度变化,从而调控菌群的行为及功能,使其适应环境变化的信号通讯机制。电活性微生物（electroactive microorganisms,EAMs）能进行胞外电子传递,在可再生能源利用和环境修复方面具有广阔的应用前景。近年来,关于QS在EAMs胞外电子传递中的作用的研究日益增多。本文总结了QS对纯EAMs或混合产电菌群的直接或间接电子传递的影响效应及机制,阐述了基于QS的EAMs逻辑与门的构建及其应用前景,并从机制研究的角度展望其未来发展方向。     

Mini-review: quorum sensing in the marine environment and its relationship to biofouling

Bacterial quorum sensing (QS) is a cell–cell communication and gene regulatory mechanism that allows bacteria to coordinate swarming, biofilm formation, stress resistance, and production of toxins and secondary metabolites in response to threshold concentrations of QS signals that accumulate within a diffusion-limited environment. This review focuses on the role of QS signaling and QS inhibition in marine bacteria by compounds derived from marine organisms. Since the formation of a biofilm is considered to be an initial step in the development of fouling, direct and indirect effects of QS signals and inhibitors on the process of marine biofouling are discussed. Directions for future investigations and QS-related biotechnological applications are highlighted.     

Incorporating LsrK AI‐2 quorum quenching capability in a functionalized biopolymer capsule

Antibacterial resistance is an issue of increasing severity as current antibiotics are losing their effectiveness and fewer antibiotics are being developed. New methods for combating bacterial virulence are required. Modulating molecular communication among bacteria can alter phenotype, including attachment to epithelia, biofilm formation, and even toxin production. Intercepting and modulating communication networks provide a means to attenuate virulence without directly interacting with the bacteria of interest. In this work, we target communication mediated by the quorum sensing (QS) bacterial autoinducer‐2, AI‐2. We have assembled a capsule of biological polymers alginate and chitosan, attached an AI‐2 processing kinase, LsrK, and provided substrate, ATP, for enzymatic alteration of AI‐2 in culture fluids. Correspondingly, AI‐2 mediated QS activity is diminished. All components of this system are “biofabricated”—they are biologically derived and their assembly is accomplished using biological means. Initially, component quantities and kinetics were tested as assembled in microtiter plates. Subsequently, the identical components and assembly means were used to create the “artificial cell” capsules. The functionalized capsules, when introduced into populations of bacteria, alter the dynamics of the AI‐2 bacterial communication, attenuating QS activated phenotypes. We envision the assembly of these and other capsules or similar materials, as means to alter QS activity in a biologically compatible manner and in many environments, including in humans.