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。     

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。     

细菌群体感应信号分子淬灭酶的研究进展

群体感应(Quorum sensing,QS)是细菌细胞间通过信号分子互相交流的一种现象,细菌细胞通过分泌并感应特定的信号分子浓度,当信号分子浓度达到一定阈值时,细菌细胞会启动特定基因尤其是很多致病基因的表达,这就给防治某些植物、动物性疾病提供了一种新思维。群体淬灭(Quorum quenching,QQ)就是基于群体感应而提出的,它主要是通过分解细菌细胞所产生的信号分子,使信号分子浓度在阈值之内,从而使细菌无法表达特定致病因子,进而防治病害的一种方法,群体淬灭酶是研究的最多也是最有效的淬灭途径。到目前为止,很多群体淬灭酶已经被分离出来。系统总结了群体淬灭酶的种类、特性、催化机制和生理功能方面的进展。     

细菌的信息交流

细菌与细菌之间的信息交流是通过相互交换一种自动诱导物(autoinducer)的信号分子来实现的.这种信息交换的过程被称为群体感应(quorum system).细菌根据这种特定信号分子浓度的变化来监测环境中其它细菌数量的变化.细菌的群体感应系统分为种内和种间信息交流两大类.细菌间的信息交流涉及到细菌的多种生理功能,如细菌的致病能力等.因此研究细菌间的信息交流有可能找到一条新的防治细菌感染途径.     

细菌群体感应LuxR solos蛋白研究进展

N-酰基高丝氨酸内酯(N-acyl-L-homoserine lactones,AHLs)信号分子介导的群体感应(quorum sensing,QS)是一种普遍的革兰氏阴性细菌信息交流方式。AHL-QS系统包括Lux I型AHLs合成酶和LuxR型受体蛋白。然而,部分革兰氏阴性菌缺失1个或多个LuxI型AHLs合成酶,仅有未配对的LuxR型受体蛋白,该LuxR型受体蛋白称为LuxR solo或Orphan蛋白。LuxR solos蛋白在细菌窃听、种间和种内的信号交流中起重要作用,为群体感应研究领域的热点。本文主要综述细菌LuxR solos蛋白的发现、基本概念、蛋白结构及类型,阐述感应AHLs和非AHLs信号分子的重要LuxR solos蛋白及功能,并对群体感应LuxR solos蛋白的研究前景和意义进行了展望。     

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     

细菌生物被膜中群体感应调控机制及其控制研究展望

生物被膜(biofilm)是微生物聚集黏附在物体表面形成的多细胞结构,是引起微生物感染的主要原因,对食品工业和公共卫生安全造成巨大的威胁。群体感应(quorum sensing,QS)是调控生物被膜形成的重要因素,与生物被膜的抗生素耐药性、抗逆性密切相关。研究发现:针对QS系统的天然、合成化合物被称为群体感应抑制剂(quorum sensing inhibitors,QSI),可干扰QS信号,破坏生物被膜的形成,这种现象被称为群体淬灭(quorum quenching,QQ)。本文中,笔者就生物被膜组分、群体感应的调控机制及生物被膜的控制策略进行深入综述,旨在为食品加工程中细菌生物被膜的防控提供理论依据。     

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。     

群体感应淬灭酶克隆表达及其对铜绿假单胞菌的影响

【背景】由于抗生素的大量使用,导致细菌耐药性越来越强,寻找新的抗细菌感染药物成为研究热点。【目的】克隆表达群体感应淬灭酶,探究其对铜绿假单胞菌毒力及致病性的影响。【方法】利用PCR技术从产群体感应淬灭酶的芽孢杆菌QSI-1基因组DNA中克隆出aiiA基因,将其克隆到表达载体pET30a并导入大肠杆菌E.coliBL21(DE3)中进行诱导表达,通过镍柱亲和层析获得纯化的N-酰基高丝氨酸内酯酶。用不同浓度的淬灭酶作用于铜绿假单胞菌,检测其对铜绿假单胞菌毒力因子产生以及生物膜形成能力的影响;以秀丽隐杆线虫为模型,考察其对线虫感染铜绿假单胞菌存活率的影响。【结果】克隆表达出群体感应淬灭酶,该酶能显著抑制铜绿假单胞菌毒力因子产生和生物膜的形成,并能降低铜绿假单胞菌对感染线虫的致死率。【结论】群体感应淬灭酶可作为一种能高效抑制细菌致病性的物质,为临床治疗细菌性感染提供新的策略。     

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。     

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。     

细菌中的群体感应

群体感应(quorum sensing)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。具有群体感应的细菌能产生并释放一种被称为自体诱导物(autoinducer)的信号分子,它随着细胞密度增加而同步增加。当自体诱导物积累到一定浓度时会改变细菌特定基因的表达。革兰氏阳性及阴性细菌通过群体感应与周围环境进行信息交流,从而改变细菌的一系列生理活性,这些细菌的生理特性包括共生、细菌毒性、竞争、接合、抗生素的产生、运动性、孢子及生物膜的形成。这种信号传递方式可能对低等的细胞进一步进化,并形成高等的生物体有重要作用。细菌中群体感应系统的进化可能是多细胞体形成的早期阶段。     

AI-2/LuxS群体感应系统介导乳酸杆菌益生特性研究进展

群体感应(quorum sensing,QS)是细菌间通过化学信号分子进行信息传递的一种形式。信号分子可以分为4大类:寡肽(oligopeptides)、酰基高丝氨酸内酯(acyl-homoserine lactone,AHL)、自体诱导物2(autoinduction-2,AI-2)和扩散信号因子(diffusible signal factor,DSF),其中AI-2和其生物合成关键酶LuxS组成的QS系统(AI-2/LuxS系统)介导革兰氏阳性(G+)和阴性(G-)细菌的种内和种间信息交流。乳酸杆菌(Lactobacillus)是一种存在于人体内的益生菌,具有抑制病原微生物、维持肠道微生态平衡和增强机体免疫力等生理功能。综述了AI-2/LuxS QS系统介导Lactobacillus耐酸、抑制病原微生物、对肠表皮细胞的黏附和形成生物膜以及在动物消化道中的存活性等益生特性方面的分子机制。     

密码子优化提高aiiaB546毕赤酵母表达活性

N-酰基高丝氨酸内酯酶是一类特异性降解N-酰基高丝氨酸内酯类信号分子(AHLs)的蛋白水解酶,通过水解AHLs生成酰基高丝氨酸,使AHLs失去活性,从而阻断病原菌的群体感应路径,使病原菌失去致病能力,其广泛存在于多种微生物中[1,2]。近年来N-酰基高丝氨酸内酯酶作为一种新型抗菌策略(群体感应淬灭策略)的工具酶而成为水产养殖防治细菌性疾病研究的热点[3—5]。     

革兰氏阴性细菌LuxR/Ⅰ型群体感应抑制剂研究进展

细菌群体感应(Quorum sensing,QS)被视为对抗细菌感染与解决细菌耐药性问题的新靶点。以AHLs为信号分子的LuxR/Ⅰ型群体感应系统广泛存在于革兰氏阴性菌包括多种临床致病菌中,因此寻找LuxR/Ⅰ型群体感应抑制剂(Quorum sensing inhibitors,QSIs)是研发抗革兰氏阴性致病菌药物的重要途径。迄今为止,已知的LuxR/Ⅰ型小分子QSIs来源包括化学合成、天然产物与已知药物库的化合物,大分子则包括群体感应淬灭酶与群体感应淬灭抗体。本文总结了近年来LuxR/Ⅰ型QSIs研究进展,为新型抗菌药物研发提供理论依据。     

群体感应系统在合成生物学中的应用*

群体感应(quorum sensing, QS)是一种广泛存在于多种微生物中的胞间通信系统,细菌产生的自诱导物随着种群密度的增加而积累,诱导细菌对种群密度的响应,调节生物膜的形成或特定基因的表达。近年来,随着群体感应系统原理与关键元件的逐渐清晰,应用合成生物学手段进行多技术联合以及多系统间正交性设计具有极大的发展潜力,群体感应系统已成为合成生物学家动态调控胞间通信常用的重要手段之一。在群体感应是细胞-细胞间通信系统的基础上,对多种群体感应系统的联合设计在生物基化学品生产中自动化调控的研究进展进行综述;并针对群体感应系统在生物电化学转化领域实现双向生物信息交流的应用进行总结;同时归纳了医学领域中群体感应系统的动态调控功能与多种疾病诊断及治疗结合的研究进展,讨论了群体感应系统在多细胞通信和实际应用等方面的发展前景。     

不动杆菌属中aidE基因编码高丝氨酸内酯酶

群体感应(Quorum sensing,QS)是细菌在进化过程中形成的依赖于群体密度的细菌间交流方式。许多革兰氏阴性细菌以N-酰基高丝氨酸内酯(AHL)为信号分子,感应自身群体密度并调控致病基因表达。因此,淬灭AHLs信号分子可防治此类细菌引起的植物病害。本实验室前期已筛选得到了一株具有AHLs信号降解能力的不动杆菌菌株Acinetobacter sp.77,本研究通过基因组文库筛选,自菌株77中克隆得到具有AHLs降解活性的基因aidE。该基因编码268个氨基酸。序列一致性比较发现aidE的氨基酸序列与吉伦伯不动杆菌Acinetobacter gyllenbergii CIP110306中β-内酰胺酶一致性高达95%,但与已知的AHLs降解酶序列一致性较低,最高为缓黄分支杆菌Mycobacterium lentiflavum中AHL内酯酶Att M/Aii B家族蛋白(CQD23908.1),一致性仅为33%。通过高压液相色谱(HPLC)分析Aid E蛋白处理N-己酰基高丝氨酸内酯(C6-HSL)的反应产物,证明aidE为AHL内酯酶。序列比对研究发现,aidE基因在不动杆菌属中并不保守,其在菌株77基因组中的上下游的基因排列存在菌株水平的特异性,且aidE基因下游存在疑似IS插入序列,上述证据表明aidE基因有可能是通过水平转移进入Acinetobacter sp.77基因组中,或其在基因组中的位置发生过重排。表达aidE的软腐果胶杆菌Z3-3中完全检测不到AHLs信号产生,且致病力明显降低。综上所述,aidE为新发现的AHL内酯酶。在防治依赖QS系统表达致病性的细菌病害中具有应用潜力。     

群体感应抑制剂研究进展

细菌群体感应(quorum sensing,QS)是一种依赖于菌体密度而普遍存在于微生物之间的沟通协调机制,控制着细菌的生长、增殖、致病性、生物膜形成及相关群体活动行为。通过阻断细菌群体感应信号,可以抑制病原菌的致病性。本文从群体感应角度总结了抑制病原菌的方法和研究进展,为临床新型抗菌药物的设计提供理论依据和新策略。     

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。