微生物群體感應(yīng)系統(tǒng)

第四章微生物群體感應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)容123群體感應(yīng)的分子機(jī)制群體感應(yīng)的生物效應(yīng)

群體感應(yīng)的應(yīng)用群體感應(yīng)的發(fā)現(xiàn)1970年，Nealson等首次發(fā)現(xiàn)費(fèi)氏弧菌（Vibriofischeri）的生物發(fā)光現(xiàn)象1983年，Engebrecht等找到了費(fèi)氏弧軍群體感應(yīng)的相關(guān)基因和基本模型。群體感應(yīng)的研究從發(fā)光現(xiàn)象擴(kuò)展到生物被膜形成、分泌毒力因子等其他領(lǐng)域群體感應(yīng)(quorumsensing,QS)群體感應(yīng)系統(tǒng)自誘導(dǎo)分子（autoinducer,AI）概念第一節(jié)群體感應(yīng)的分子機(jī)制群體感應(yīng)種內(nèi)QS系統(tǒng)種間QS系統(tǒng)G-菌QS系統(tǒng)G+菌QS系統(tǒng)一、G-菌QS系統(tǒng)—LuxI-AHL型QS系統(tǒng)細(xì)胞達(dá)到一定密度，信號(hào)分子接近濃度閾值信號(hào)分子通過(guò)細(xì)胞膜的方式：自由擴(kuò)散級(jí)聯(lián)放大的正反饋效應(yīng)自誘導(dǎo)分子：脂肪?；呓z氨酸內(nèi)酯(acylhomoserinelactones，AHL)AHL可自由出入于細(xì)胞內(nèi)外AI合成蛋白：LuxI蛋白酶，可催化帶有?；妮d體蛋白的?；鶄?cè)鏈與S-腺苷蛋氨酸上的高絲氨酸結(jié)合生成AHL受體：LuxR蛋白，AHL與IuxR蛋白的結(jié)合是濃度依賴型的。沒(méi)有AHL的情況下，LuxR是無(wú)活性的，而且很快被降解掉。AHL-LuxR復(fù)合物作為轉(zhuǎn)錄因子，激活目標(biāo)基因的表達(dá)；還可激活LuxI的表達(dá)，形成級(jí)聯(lián)放大的正反饋效應(yīng)。不同革蘭陰性菌的LuxI—AHL型QS系統(tǒng)有所差別，其AHL類自誘導(dǎo)劑都是以高絲氨酸為主體，差別只是?；鶄?cè)鏈的有無(wú)及側(cè)鏈的長(zhǎng)短不同常見(jiàn)的AHL分子及其功能常見(jiàn)的AHL分子及其功能多套QS系統(tǒng)相互作用—銅綠假單胞菌las系統(tǒng)rhl系統(tǒng)PQS系統(tǒng)自身誘導(dǎo)調(diào)控系統(tǒng)外源誘導(dǎo)調(diào)控系統(tǒng)毒力基因表達(dá)和生物被膜形成銅綠假單胞菌的群體感應(yīng)系統(tǒng)二、G+菌QS系統(tǒng)—AIP-TCS三組分系統(tǒng)信號(hào)分子：AIP（autoinducingpeptides，自誘導(dǎo)肽）AIP前體肽經(jīng)轉(zhuǎn)錄后的一系列修飾加工，在不同細(xì)菌中形成長(zhǎng)短不同、穩(wěn)定、特異的AIPAIP通過(guò)細(xì)胞膜的方式：ABC轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)金黃色葡萄球菌的群體感應(yīng)系統(tǒng)三、種間QS系統(tǒng)—AI-2介導(dǎo)的通信信號(hào)分子：AI-2(呋喃酰硼酸二酯類化合物)此類信號(hào)分子在G+菌和G-菌中均可存在；費(fèi)氏弧菌的AI-2受體是周質(zhì)結(jié)合蛋白LuxP

AI-2的產(chǎn)生依賴于一種LuxS蛋白質(zhì)細(xì)菌識(shí)別AI-2分子的方式與革蘭氏陽(yáng)性菌中雙組分識(shí)別系統(tǒng)一致,即雙組分激酶識(shí)別AI-2分子后把磷酸化基團(tuán)傳遞給受體蛋白并啟動(dòng)相關(guān)基因的表達(dá)。哈維氏弧菌QS系統(tǒng)的特點(diǎn)—多樣性（1）信號(hào)分子的多樣性（2）分布的多樣性：細(xì)菌種內(nèi)、種間，細(xì)菌與植物、動(dòng)物間（3）信號(hào)分子產(chǎn)生機(jī)制的多樣性：G-菌—信號(hào)分子合成酶，G+菌—前體，經(jīng)蛋白酶切割（4）信號(hào)分子運(yùn)輸?shù)亩鄻有裕篏+菌—ABC轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)，G-菌—直接透過(guò)細(xì)胞膜（5）信號(hào)響應(yīng)的多樣性：G+菌—雙組分信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng);G-菌—受體蛋白

QS系統(tǒng)的特點(diǎn)—復(fù)雜性(1)信號(hào)分子功能的復(fù)雜性：有的QS系統(tǒng)中的信號(hào)分子不僅作為環(huán)境信號(hào)，而且具有其它功能，如某些乳酸菌中的QS系統(tǒng)的信號(hào)分子具有抗菌活性(2)系統(tǒng)組成的復(fù)雜性：在V.harveyi中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)與眾不同的QS系統(tǒng)，該系統(tǒng)信號(hào)分子產(chǎn)生系統(tǒng)與G-菌相似，而信號(hào)分子的識(shí)別則與G+菌相似(3)不同QS系統(tǒng)之間關(guān)系的復(fù)雜性：多種QS系統(tǒng)構(gòu)成復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，如P.aeruginosa中含有三個(gè)QS系統(tǒng)第二節(jié)群體感應(yīng)的生物效應(yīng)生物發(fā)光生物被膜形成致病因子的產(chǎn)生抗生素合成孢子形成細(xì)菌的運(yùn)動(dòng)毒力因子的誘導(dǎo)不同種屬群間的競(jìng)爭(zhēng)細(xì)菌與宿主的斗爭(zhēng)一、調(diào)控細(xì)菌毒力二、對(duì)宿主的侵襲和定植霍亂弧菌：菌體少量時(shí)，有利于早期定植，之后細(xì)胞密度增大，信號(hào)分子濃度增高，HapR表達(dá)，有利于病原菌的釋放三、調(diào)控生物被膜形成1、黏附期：浮游細(xì)菌，可逆2、定植期：分泌胞外基質(zhì)，微菌落3、生長(zhǎng)期：微菌落融合，向上生長(zhǎng)4、成熟期：蘑菇狀，并含有液體通道5、播散期：生物被膜的脫落、蔓延和釋放浮游狀細(xì)菌群體感應(yīng)對(duì)銅綠假單胞菌生物被膜形成的調(diào)控突變體所形成的生物膜比較薄，并且對(duì)生物滅菌劑十二烷基磺酸鈉(SDS)的抵抗作用顯著降低四、細(xì)菌群集運(yùn)動(dòng)群集運(yùn)動(dòng)是指細(xì)菌以群體方式在培養(yǎng)基表面由接種點(diǎn)向周圍進(jìn)行的依賴鞭毛的遷移運(yùn)動(dòng)。QS通過(guò)調(diào)控鞭毛操縱子flhdc而調(diào)節(jié)細(xì)胞群集運(yùn)動(dòng)細(xì)胞群集決定了FIHDC蛋白的活化，是全面調(diào)節(jié)鞭毛和運(yùn)動(dòng)相關(guān)的趨化作用基因第三節(jié)群體感應(yīng)的應(yīng)用一、病原菌的診斷根據(jù)OS信號(hào)分子的特異性：是否產(chǎn)生、種類、環(huán)境信號(hào)分子的消長(zhǎng)變化物理學(xué)的檢測(cè)手段和微生物傳感菌檢測(cè)二、新的抗菌策略（1）降解信號(hào)分子：產(chǎn)生可以使AHL分子滅活的AHL降解酶,使病原菌QS系統(tǒng)不能啟動(dòng)它所調(diào)控的基因芽胞桿菌中水解AHL的內(nèi)酯酶AiiA；根癌土壤桿菌中內(nèi)酯酶AtM（2）使用信號(hào)分子類似物：產(chǎn)生病原菌信號(hào)分子的類似物與信號(hào)分子受體蛋白競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合,從而阻斷病原菌的QS系統(tǒng)

鹵代呋喃酮更容易結(jié)合在LuxR蛋白并使其失活（3）阻斷信號(hào)分子的合成

acyl-ACP和SAM的類似物可以有效抑制AHL的合成

三、防治生物污染生物污染指細(xì)菌在有水的管道或界面，生長(zhǎng)形成生物被膜后，污染或腐蝕這些裝置。主要是對(duì)細(xì)菌生物被膜的防治抑制細(xì)菌的群