第6章群體感應(yīng)系統(tǒng)

1、第六章第六章 微生物群體感應(yīng)系統(tǒng)及其應(yīng)用微生物群體感應(yīng)系統(tǒng)及其應(yīng)用主要內(nèi)容主要內(nèi)容 分子量?。悍肿恿啃。喝珲；?高絲氨酸內(nèi)酯(AHL)衍生物、寡肽等，能自由進出細胞或通過寡肽通透酶分泌到環(huán)境 種屬特異性：種屬特異性：一種細菌調(diào)節(jié)蛋白能響應(yīng)多種信息素，已建立多種革蘭氏陰性菌信息素檢測系統(tǒng) 依賴生長期和細胞密度：依賴生長期和細胞密度：對數(shù)期或穩(wěn)定期在環(huán)境中積累達到較高濃度，其所調(diào)節(jié)的基因表達量最大 細菌感染調(diào)控：細菌感染調(diào)控：許多信息素產(chǎn)生菌是動植物致病菌或共生菌，它在細菌和宿主之間的相互作用中起著重要的調(diào)控作用 兼具抗生素活性：兼具抗生素活性：Lactococcus lastis產(chǎn)生的乳鏈球菌素

2、nisin，既作為信息調(diào)節(jié)細胞生物合成和免疫基因的表達，也拮抗其他微生物；植物乳球菌 (L. plantarum) 產(chǎn)生的植物乳桿菌素A也有信息素和抗生素的雙重活性(1) 革蘭氏陽性菌中多肽革蘭氏陽性菌中多肽AIP (2) 革蘭氏陰性菌的革蘭氏陰性菌的AHL/AI-1型型(3) LuxS/AI-2型型 (4) AI-3/ 腎上腺素腎上腺素/去甲腎上腺素去甲腎上腺素群體感應(yīng)可以促進胞外聚合物(EPS)中胞外DNA (eDNA)的大量釋放，產(chǎn)生的eDNA促進細胞間和細胞與表面的互聯(lián)，促使生物膜有效形成研究表明，可通過有效抑制破壞胞外聚合物的eDNA，抑制生物膜形成Environmental Mic

3、robiology Reports (2013) 5(6), 778786 QS 革蘭氏陰性革蘭氏陰性QSLuxI-AHL革蘭氏陰性革蘭氏陰性QSLuxI-AHL革蘭氏陰性革蘭氏陰性QSLuxI-AHL革蘭氏陰性革蘭氏陰性QSLuxI-AHL革蘭氏陰性革蘭氏陰性QSLuxI-AHL革蘭氏陰性革蘭氏陰性QSLuxI-AHL革蘭革蘭氏陽性氏陽性QSAIP-TCS革蘭氏陽性革蘭氏陽性QSAIP-TCS革蘭氏陽性革蘭氏陽性QSATP-TCSAIP 分子由分子由體內(nèi)產(chǎn)體內(nèi)產(chǎn)生前導(dǎo)肽生前導(dǎo)肽AgrD 蛋白蛋白加工加工，被膜通道被膜通道蛋白蛋白AgrB加工為短肽加工為短肽信號分子，信號分子，由由ABC輸出系

4、統(tǒng)輸輸出系統(tǒng)輸出出，被，被AgrC TCSTS識別，引起毒性因子表達識別，引起毒性因子表達 種間種間QS系統(tǒng)系統(tǒng)AI-2介導(dǎo)的通信介導(dǎo)的通信 種間種間QS系統(tǒng)系統(tǒng)AI-2介導(dǎo)的通信介導(dǎo)的通信 種間種間QS系統(tǒng)系統(tǒng)AI-2介導(dǎo)的通信介導(dǎo)的通信 QS系統(tǒng)的特點系統(tǒng)的特點多樣性多樣性 QS系統(tǒng)的特點系統(tǒng)的特點復(fù)雜復(fù)雜性性 生物發(fā)光生物發(fā)光（例（例1：海洋細菌用光引誘浮游動物和魚）：海洋細菌用光引誘浮游動物和魚） 細菌發(fā)光吸引浮游生物（攝食細菌但不能消化細菌），繼續(xù)在浮游動物腸道內(nèi)發(fā)光，透露了浮游動物的存在 夜行魚容易檢測到發(fā)光浮游動物并吃掉它們，發(fā)光細菌繼續(xù)存活在魚腸道 浮游動物被細菌光輝吸引并食用

5、發(fā)光物質(zhì)與它們的生存本能矛盾，增加了被魚攻擊與吞食的機會，調(diào)節(jié)細菌生物發(fā)光的群體感應(yīng)現(xiàn)象能解釋這項發(fā)現(xiàn) 浮游動物知道，水中光暗示存在有表面長有細菌的豐富有機物 在漆黑深海中，食物數(shù)量非常有限，因此，值得浮游動物冒在接觸并吞食具發(fā)光細菌粒子使自己發(fā)光的風(fēng)險，因為難得找到食物的誘惑要比將自己暴露于相對罕見食性魚類的危險大得多 生物發(fā)光生物發(fā)光（例（例1：海洋細菌用光引誘浮游動物和魚）：海洋細菌用光引誘浮游動物和魚）（左）室溫下和（右）黑暗中拍攝到的接觸并攝食發(fā)光細菌的浮游微生物 幾種浮游微生物被發(fā)光細菌吸引的平均比例 被捕食的發(fā)光（黑色）和不發(fā)光（無色）的浮游生物平均數(shù)量（左）室溫下和（右）黑暗中

6、拍攝到的食用發(fā)光細菌后浮游生物的排泄物 生物膜形成生物膜形成調(diào)控調(diào)控（例（例2：幫助細菌擴大地盤）：幫助細菌擴大地盤） 銅綠假單胞菌，是一種常見的革蘭氏陰性致病菌，群體感應(yīng)系統(tǒng)可以使其感知環(huán)境中菌群數(shù)量，并做出及時反應(yīng) ?；呓z氨酸在許多變形細菌中扮演著群體感應(yīng)信號的角色，而該信號常?？梢钥刂萍毦M行群體的致病性等活性 綠膿桿菌的群體感應(yīng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)子發(fā)生改變，會對綠膿桿菌的菌落生態(tài)學(xué)有明顯影響 研究者測定了群體感應(yīng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)基因的編碼特征和細菌分離的生態(tài)環(huán)境之間的關(guān)系，結(jié)果表明，群體感應(yīng)系統(tǒng)在細菌進行棲息地延伸的過程中扮演著重要角色 為理解細菌的致病性以及難根除的感染性疾病機制提供了新思路www.

7、/cgi/doi/10.1073/pnas.1214128109 生物膜形成生物膜形成調(diào)控調(diào)控（例（例2：幫助細菌擴大地盤）：幫助細菌擴大地盤）/cgi/doi/10.1073/pnas.1214128109 P.Aeruginosa 和生態(tài)環(huán)境分離菌的群感基因相互關(guān)系韋恩圖 4種環(huán)境分離菌基因調(diào)控相互關(guān)系圖群感活性基因的表達 對宿主侵襲和定植對宿主侵襲和定植（例（例3：霍亂弧菌的侵襲和定植）：霍亂弧菌的侵襲和定植） 宿主侵襲和定植宿主侵襲和定植(例例4：宿主致病體系中群體感應(yīng)社會生物學(xué)：宿主致病體系中群體感應(yīng)社會生物學(xué)) 微生物通過分泌物質(zhì)來實現(xiàn)與相鄰

8、細胞的合作，這些物質(zhì)包括群感分子和相應(yīng)激活的毒力因子 自然系統(tǒng)中，這些分泌物質(zhì)可被無效突變體利用，但是無效突變體（數(shù)量與規(guī)模）無法與有效菌群抗?fàn)?研究表明，QS淬滅劑可在臨床有效應(yīng)用而不影響毒力進化 細菌細菌群集群集運動運動 病原菌診斷病原菌診斷 新的抗菌策略新的抗菌策略 環(huán)境污染修復(fù)環(huán)境污染修復(fù) 控制生物膜形成（控制生物膜形成（例例1：調(diào)節(jié)廢水處理反應(yīng)器運行：調(diào)節(jié)廢水處理反應(yīng)器運行） 控制生物膜形成（控制生物膜形成（例例1：調(diào)節(jié)廢水處理反應(yīng)器運行：調(diào)節(jié)廢水處理反應(yīng)器運行） 控制生物膜形成（控制生物膜形成（例例2：調(diào)節(jié)廢水處理反應(yīng)器運行：調(diào)節(jié)廢水處理反應(yīng)器運行） 控制生物膜形成（控制生物膜形成

9、（例例2：調(diào)節(jié)廢水處理反應(yīng)器運行：調(diào)節(jié)廢水處理反應(yīng)器運行） 生物修復(fù) (例例3：信號分子參與苯酚分解轉(zhuǎn)化）：信號分子參與苯酚分解轉(zhuǎn)化） 研究發(fā)現(xiàn)，Pseudomonas aeruginosa CGMCC 氧化分解苯酚等一些列芳香族化合物時，釋放出群體感應(yīng)信號分子AHL 研究對分解過程產(chǎn)生的AHL類型進行一系列分析鑒定 生物修復(fù)生物修復(fù) (例例3：信號分子參與苯酚分解轉(zhuǎn)化）：信號分子參與苯酚分解轉(zhuǎn)化） 研究發(fā)現(xiàn)，外加合成的AHL有效促進苯酚的分解過程，說明AHL參與了污染物的分解添加合成的AHL對苯酚分解影響（圖為50小時的分解效果） 生物修復(fù)生物修復(fù) (例例4：厭氧氨氧化細菌厭氧氨氧化細菌群體

10、感應(yīng)系統(tǒng)）群體感應(yīng)系統(tǒng)） 厭氧氨氧化細菌（AAOB）以銨為電子供體將亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為氮氣 活性密度依賴行為：AAOB厭氧氨氧化純培養(yǎng)不可能；細胞密度高于1010 -1011 個/mL 時，AAOB才顯現(xiàn)出Anammox 活性 生物團聚行為：以微生物團聚體形式存在，出現(xiàn)抱團解散現(xiàn)象 推斷AAOB具有群體感應(yīng)系統(tǒng) 是細胞交流的一種方式，對某些基因表達有開關(guān)作用 群感系統(tǒng)可使AAOB更好的搶占資源與空間，環(huán)境中處于優(yōu)勢 硝化菌、反硝化菌及AAOB具有共同基質(zhì)及重疊生態(tài)位。AAOB通過群感實現(xiàn)聚集，在空間和數(shù)量上取得優(yōu)勢 生物修復(fù)生物修復(fù) (例例4：厭氧氨氧化細菌厭氧氨氧化細菌群體感應(yīng)系統(tǒng)）群體感應(yīng)系統(tǒng)） 生物修復(fù)生物修復(fù) (例例5：調(diào)控：調(diào)控BES系統(tǒng)中假單胞菌產(chǎn)電系統(tǒng)中假單胞菌產(chǎn)電) 研究報道群感系統(tǒng)調(diào)控利用陽極呼吸的細菌Pseudomonas aeruginosa在生物電化學(xué)系統(tǒng)產(chǎn)電 調(diào)控機理為群感系統(tǒng)控制吩嗪產(chǎn)生，吩嗪介導(dǎo)了菌體與電極之間的電子傳遞菌體群感系統(tǒng)產(chǎn)生機制與外界系統(tǒng)的相互關(guān)系 研究發(fā)現(xiàn)Pseudomonas aeruginosa 在不同的群體感應(yīng)系統(tǒng)中利用不同的氧化還原中介體 通過基因超標(biāo)達，使用吩嗪為電子中介體，產(chǎn)電量