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。     

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。     

群体感应信号分子及其抑制剂快速检测方法的建立

细菌能自发产生、释放一些特定的信号分子,并能感知其浓度变化,调节微生物的群体行为,这一调控系统称为群体感应。细菌群体感应参与包括人类、动植物病原菌致病力在内的多种生物学功能的调节,群体感应抑制剂成为抗感染药物开发的靶点。利用紫色色杆菌(Chromobacterium violaceum)和根癌农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)作为指示菌,建立检测高丝氨酸内酯(AHLs)及其抑制剂的简便方法。结果表明,通过平板交叉划线接种,使用指示菌能够有效地检测AHLs,并且通过薄层层析(TLC)与细菌生物感应器相结合的方法可以快速、方便地鉴定AHLs的种类;通过双层平板法观察指示菌色素产生情况,能够有效地检测群体感应信号分子AHLs抑制剂,且该方法简单易行。     

分子对接技术在研究群体感应抑制剂中的进展

在大多数致病菌中都存在群体感应系统,而群体感应抑制剂就是以此系统作为靶点,在不影响细菌生长的情况下阻断细菌生物被膜形成或抑制毒力基因表达,不易导致耐药性的产生,是一种理想的抗菌增效剂。分子对接作为虚拟筛选技术之一,其目标具体、效率高、成本低,是药物研发的重要手段。本文重点介绍了分子对接的主要模块及其在研究群体感应抑制剂中的进展。     

细菌群体感应系统研究进展及其应用

细菌能自发产生、释放一些特定的信号分子,并能感知其浓度变化,调节微生物的群体行为,这一调控系统称为群体感应。细菌群体感应参与包括人类、动植物病原菌致病力在内的多种生物学功能的调节。本文综述了细菌群体感应的最新研究进展,并阐述了其在生物技术领域的应用前景。     

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.     

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.     

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。     

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源-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。     

植物精油对铜绿假单胞菌群体感应系统的抑制作用研究进展

群体感应（quorum sensing,QS）是细菌个体与个体之间的一种交流机制,广泛存在于细菌中。铜绿假单胞菌是人类的一种条件致病菌,它具有至少3种QS系统,即las、rhl和pqs系统,且各系统之间存在着级联调控关系,它们共同作用调控着该菌众多毒力基因的表达和毒力因子的产生。近年来,通过抑制铜绿假单胞菌的QS系统以控制其毒力和致病力,成为一种新型的铜绿假单胞菌感染防控策略。植物精油是一种天然的群体感应抑制剂（quorum sensing inhibitors, QSI）,多种精油活性化合物都能抑制铜绿假单胞菌的QS系统,而且尚未发现细菌对其产生耐药性。基于此,梳理了铜绿假单胞菌QS系统的组成及其级联调控关系,简要介绍了植物精油的QS抑制机制和抑制活性,并重点综述了萜烯类化合物、芳香族化合物、脂肪族化合物、含硫含氮化合物4类精油化合物对铜绿假单胞菌QS系统抑制作用的研究进展,以期为从天然化合物中发现和筛选安全、高效的细菌QSI的相关研究提供参考,并为致病菌的防控奠定理论基础。     

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。     

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。     

群体感应与病原菌致病性研究进展

群体感应是细菌根据细胞密度变化进行基因表达调控的一种生理行为。当细菌密度达到临界阈值时能释放一些特定的自诱导信号分子,从而调节本种群或同环境中其他种群的群体行为。细菌群体感应参与包括人类、动植物、病原菌在内的多种生物的生物学功能调节,如生物膜的形成、毒力因子的产生、病原菌的耐药性等。深入研究病原菌群体感应系统的调控机制,将提高对病原菌发病机制的认识,有利于以群体感应作为防治疾病策略的研究。系统阐述了群体感应系统的组成类型、群体感应与病原菌致病性的关系,及其在抑制病原菌致病方面的应用。     

Eugenol exhibits anti-virulence properties by competitively binding to quorum sensing receptors

The primary objective of this study was to ascertain the anti-biofilm and anti-virulence properties of sub-minimum inhibitory concentration (MIC) levels of eugenol against the standard strain PAO1 and two multi-drug resistant P. aeruginosa clinical isolates utilizing quorum sensing inhibition (QSI). Eugenol at 400 μM significantly reduced biofilm formation on urinary catheters and the virulence factors (VF) including extracellular polysaccharides, rhamnolipid, elastase, protease, pyocyanin, and pyoverdine (p < 0.001). Further, eugenol exhibited a marked effect on the production of QS signals (AIs) (p < 0.001) without affecting their chemical integrity. In silico docking studies demonstrated a stable molecular binding between eugenol and QS receptor(s) in comparison with respective AIs. Investigation on reporter strains confirmed the competitive binding of eugenol to a QS receptor (LasR) as the possible QSI mechanism leading to significant repression of QS associated genes besides the VF genes (p < 0.001). This study provides insights, for the first time, into the mechanism of the anti-virulence properties of eugenol.     

Well-known quorum sensing inhibitors do not affect bacterial quorum sensing-regulated bean sprout spoilage

AIM: To investigate the potential of quorum sensing inhibitors (QSI) as food preservative agents in a food product, where bacterial spoilage is controlled by quorum sensing (QS). METHODS AND RESULTS: The effects of well-known QSI were tested on spoilage phenotypes and on QS-regulated genes of a bean sprout spoiling bacterial isolate (Pectobacterium A2JM) in laboratory substrates and in a bean sprout model system. The acylated homoserine lactones (AHL) analogues PenS-AHL and HepS-AHL decreased the specific protease activity of Pectobacterium A2JM in broth but did not reduce the expression of a QS-regulated secretion protein, and were without effect on soft rot of bean sprouts. The QSI ProS-AHL, furanone C-30, patulin, penicillic acid and 4-nitropyridine-N-oxide did not have any effect on protease activity, on gene expression or bean sprout appearance at nongrowth inhibitory concentrations. Extracts from garlic and bean sprouts induced the QS system of Pectobacterium in bean sprouts and a broth system, respectively. CONCLUSIONS: Among the several well-known QSI compounds, only PenS-AHL and HepS-AHL, inhibited QS-regulated protease activity of Pectobacterium A2JM in broth cultures, but had no effect on bean sprout spoilage. SIGNIFICANCE AND IMPACT OF THE STUDY: The QSI compounds must be selected in the specific system in which they are to function and they cannot easily be transferred from one QS system to another.     

Functional marine metagenomic screening for anti-quorum sensing and anti-biofilm activity

Quorum sensing (QS), a cell-to-cell communication process, entails the production of signaling molecules that enable synchronized gene expression in microbial communities to regulate myriad microbial functions, including biofilm formation. QS disruption may constitute an innovative approach to the design of novel antifouling and anti-biofilm agents. To identify novel quorum sensing inhibitors (QSI), 2,500 environmental bacterial artificial chromosomes (BAC) from uncultured marine planktonic bacteria were screened for QSI activity using soft agar overlaid with wild type Chromobacterium violaceum as an indicator. Of the BAC library clones, 7% showed high QSI activity (>40%) against the indicator bacterium, suggesting that QSI is common in the marine environment. The most active compound, eluted from BAC clone 14-A5, disrupted QS signaling pathways and reduced biofilm formation in both Pseudomonas aeruginosa and Acinetobacter baumannii. The mass spectra of the active BAC clone (14-A5) that had been visualized by thin layer chromatography was dominated by a m/z peak of 362.1.     

Furvina inhibits the 3-oxo-C12-HSL-based quorum sensing system of Pseudomonas aeruginosa and QS-dependent phenotypes

Disruption of cell–cell communication or quorum sensing (QS) is considered a stimulating approach for reducing bacterial pathogenicity and resistance. Although several QS inhibitors (QSIs) have been discovered so far their clinical use remains distant. This problem can be circumvented by searching for QSI among drugs already approved for the treatment of different diseases. In this context, antibiotics have earned special attention. Whereas at high concentrations antibiotics exert a killing effect, at lower concentrations they may act as signaling molecules and as such can modulate gene expression. In this study, the antibiotic furvina was shown to be able to cause inhibition of the 3-oxo-C12-HSL-dependent QS system of Pseudomonas aeruginosa. Furvina interacts with the LasI/LasR system. The data were validated by modeling studies. Furvina can also reduce biofilm formation and decrease the production of QS-controlled virulence factors.     

细菌群体感应信号分子的光电检测技术

群体感应（quorum sensing，QS）是一种依赖菌群密度的细菌交流系统。在探究细菌群体感应系统的调控机制中，对QS信号分子的鉴别和检测是不可或缺的环节，其对生命科学、药学等领域涉及细菌等微生物的相互作用、高效检测和作用机制解析等具有重要的参考意义。本文在总结不同类型细菌QS信号分子来源和结构的基础上，对QS信号分子的光电检测方法和技术进行了综述，重点对光电传感检测的敏感介质、传感界面、传感机制及测试效果进行探讨，同时关注了将微流控芯片分析技术应用于细菌QS信号分子原位监测的相关研究进展。