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。     

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。     

细菌生物被膜的耐药机制及控制策略

在特定的条件下,细菌可以形成生物被膜,包被有生物被膜的细菌称为被膜菌.被膜菌无论其形态结构、生理生化特性、致病性还是对环境因子的敏感性等都与浮游细菌有显著的不同,尤其对抗生素和宿主免疫系统具有很强的抵抗力,从而导致严重的临床问题,引起许多慢性和难治性感染疾病的反复发作.细菌生物被膜粘附在各种医疗器械及导管上极难清除,以至引发大量的医源性感染.近年来,随着人们对细菌致病机制认识的逐步深入,控制细菌生物被膜的方法已有较大发展.本文拟探讨被膜菌的耐药机制并着重综述细菌生物被膜控制方法的最新研究进展.     

信号分子调控细菌生物被膜形成的分子机制

细菌生物被膜(Bacterial biofilm,BF)是黏附于机体黏膜或生物材料表面、由细菌及其分泌的多聚糖、蛋白质和核酸等组成的被膜状生物群体,是造成持续性感染的重要原因之一。细菌在生长繁殖时会产生一些次级代谢产物,部分会作为生物信号分子在细胞内或细胞间传递信息,使细菌在多细胞水平协调统一相互配合,以完成一些重要的生理学功能,如生物发光、BF的形成、运动与固定态生活方式的转换等。信号分子在BF形成过程中起着重要的调控作用。文中从密度感应系统(Quorum-sensing systems,QS)、环二鸟苷酸(Cyclic diguanylate,c-di-GMP)、双组分系统(Two-component systems,TCS)和sRNA等方面介绍影响BF形成的相关信号分子,重点对BF形成过程中的信号分子调控机制进行概述,这对于深入揭示信号分子调控BF形成的机制十分必要。     

细菌生物被膜与食品生物危害

食源性病原菌生物被膜是威胁食品安全的一个重大隐患。生物被膜一旦在食品加工过程中形成,易引起相当严重的交叉污染和加工后污染,产生极大危害,从而导致一系列严重的健康问题。本文就食源性病原菌生物被膜的分布、形成机制以及防治措施进行了综述。     

密度感应系统：对细菌致病力的自行调控

细菌通过密度感应系统感受环境中的信号分子,进而调控菌群一系列生物学性状。研究发现密度感应系统能够调控细菌生物被膜形成、毒力基因表达及噬菌体感染等功能,其中基于密度感应系统调控细菌抵御噬菌体感染更是新发现,预期也将是未来数年的研究热点,其调控机制的阐明将为有效应用噬菌体开展耐药菌的防控展现广阔前景。本文将重点综述细菌密度感应系统对细菌致病相关功能的调控机制,旨在为病原菌的防控提供新思路。     

细菌群体感应与细菌生物被膜形成之间的关系

由于滥用抗生素,人类致病菌的耐药日益成为全球性的公共卫生难题。据统计,细菌感染80%以上与细菌生物被膜有关。近年来,有关细菌群体感应和细菌生物被膜的形成乃至机理已有报道,但就群体感应与细菌生物被膜的关系却报道较少,而揭示二者之间的关系可能会为解决致病菌耐药问题提供一个全新的思路。本文立足群体感应和细菌生物被膜的形成机制,结合本课题组的阶段性研究内容,拟阐明细菌群体感应与生物被膜形成的关系。     

细菌生物被膜检测方法的研究进展

细菌生物被膜(bacterial biofilm,BF)是细菌黏附于接触物表面,由细菌自身分泌的胞外基质包裹形成的多细胞微生物群体,是微生物界细菌普遍的生存状态。基于生物被膜的物理屏障作用和膜内特殊微环境,其具有多重耐药性以及较强的黏附性、抗吞噬性等特性,导致所致疾病迁延不愈,已成为医疗卫生领域的重大挑战。早期、快速、准确检测生物被膜形成对及时有效防治其感染性疾病至关重要。现从表型和基因型检测两个方面对细菌生物被膜检测方法作一综述。     

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。     

根除细菌生物被膜的新视角：分散

细菌生物被膜(biofilm,BF)是细菌为对抗外界压力形成的一种自我保护结构,对于抗菌药物具有极高的耐受性,在临床上极易引发难治性慢性感染。BF分散是指在BF形成周期中,膜内细胞主动逸出,恢复浮游生长模式,寻找新定植位点的过程。由于细菌在浮游状态下,更易受到抗菌药与免疫反应的作用,诱导BF分散是控制BF相关感染(biofilm-associated infections, BAI)的一条富有前景的策略。本文从BF分散的方式和信号分子等角度,对BF分散的调控机制进行分析;归纳能影响BF分散的物质,并对BF分散后可能带来的危害及未来的研究思路进行简述,以期为研发新型分散剂和深入研究药物作用的靶点提供理论参考。     

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。     

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。     

A role for TonB1 in biofilm formation and quorum sensing in Pseudomonas aeruginosa

This study revealed that a Pseudomonas aeruginosa tonB1 mutant was unable to produce a mature biofilm and showed reduced swarming and twitching motilities compared with the parent strain. The tonB1 mutant was also found to produce significantly lower cell-free and cell-associated levels of the quorum sensing (QS) signal molecule 3-oxo-C12-AHL. Altered biofilm and motility phenotypes were restored to wildtype with the addition of exogenous N-acylhomoserine lactones. These functions were independent of the role of TonB1 in iron uptake. This is the first time that a link has been established between TonB1 activity and QS.     

Aeromonas hydrophila biofilm,exoprotease, and quorum sensing responses to co-cultivation with diverse foodborne pathogens and food spoilage bacteria on crab surfaces

Abstract

The effects of dual species interactions on biofilm formation by Aeromonas hydrophila in the presence of Pseudomonas aeruginosa, Pseudomonas fluorescens, Pectobacterium carotovorum, Salmonella Typhimurium, and Listeria monocytogenes were examined. High-performance liquid chromatography and liquid-chromatography-mass spectrometry were performed to identify N-acyl homoserine lactone (AHL) molecules secreted by monocultures and dual cultures grown in crab broth. Field emission scanning electron microscopy was performed to observe attachment and biofilm formation. P. aeruginosa and P. fluorescens inhibited biofilm formation by A. hydrophila on the crab surface, without affecting their own biofilm-forming abilities. Dual biofilms of S. Typhimurium, L. monocytogenes, or P. carotovorum did not affect A. hydrophila biofilm formation. Exoprotease, AHL, and AI-2 levels were significantly reduced in dual cultures of P. aeruginosa and P. fluorescens with A. hydrophila, supporting the relationship between quorum sensing and biofilm formation. Dual-species biofilms were studied in their natural environment and in the laboratory.     

Effects of quorum sensing autoinducer degradation gene on virulence and biofilm formation of Pseudomonas aeruginosa

The aiiA gene from Bacillus thuringiensis was cloned into the Pseudomonas/E. coli shuttle vector and transformed into Pseudomonas aeruginosa strain PAO1. Western blotting showed that the AiiA protein was expressed in PAO1. After induction by IPTG for 6 h and 18 h, expression of the aiiA gene in PAO1 completely degraded the quorum sensing autoinducers N-acylhomoserine lactones (AHLs): N-oxododecanoyl-L-homoserine lactone (OdDHL) and N-butyryl-L-homoserine lactone (BHL). The reduced amount of AHLs in PAO1 was also correlated with decreased expression and production of several virulence factors such as elastase and pyocyanin. AiiA expression also influenced bacterial swarming motility. Most importantly, our studies indicated that aiiA played significant roles in P. aeruginosa biofilm formation and dispersion, as observed by the differences of the biofilm formation on liquid and solid surfaces, and biofilm structures under a scanning electron microscope. These authors contributed equally to this work Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 30570020) and Natural Science Foundation of Hubei Province of China (Grant No. 2004ABA120)