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)費氏弧菌（Vibriofischeri）的生物發(fā)光現(xiàn)象1983年，Engebrecht等找到了費氏弧軍群體感應(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)細胞達到一定密度，信號分子接近濃度閾值信號分子通過細胞膜的方式：自由擴散級聯(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可自由出入于細胞內(nèi)外AI合成蛋白：LuxI蛋白酶，可催化帶有酰基的載體蛋白的?；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。沒有AHL的情況下，LuxR是無活性的，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；還可激活LuxI的表達，形成級聯(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)鏈的有無及側(cè)鏈的長短不同常見的AHL分子及其功能常見的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，在不同細菌中形成長短不同、穩(wěn)定、特異的AIPAIP通過細胞膜的方式：ABC轉(zhuǎn)運系統(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)的通信信號分子：AI-2(呋喃酰硼酸二酯類化合物)此類信號分子在G+菌和G-菌中均可存在；費氏弧菌的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)細菌識別AI-2分子的方式與革蘭氏陽性菌中雙組分識別系統(tǒng)一致,即雙組分激酶識別AI-2分子后把磷酸化基團傳遞給受體蛋白并啟動相關(guān)基因的表達。哈維氏弧菌QS系統(tǒng)的特點—多樣性（1）信號分子的多樣性（2）分布的多樣性：細菌種內(nèi)、種間，細菌與植物、動物間（3）信號分子產(chǎn)生機制的多樣性：G-菌—信號分子合成酶，G+菌—前體，經(jīng)蛋白酶切割（4）信號分子運輸?shù)亩鄻有裕篏+菌—ABC轉(zhuǎn)運系統(tǒng)，G-菌—直接透過細胞膜（5）信號響應(yīng)的多樣性：G+菌—雙組分信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng);G-菌—受體蛋白

QS系統(tǒng)的特點—復(fù)雜性(1)信號分子功能的復(fù)雜性：有的QS系統(tǒng)中的信號分子不僅作為環(huán)境信號，而且具有其它功能，如某些乳酸菌中的QS系統(tǒng)的信號分子具有抗菌活性(2)系統(tǒng)組成的復(fù)雜性：在V.harveyi中發(fā)現(xiàn)了一個與眾不同的QS系統(tǒng)，該系統(tǒng)信號分子產(chǎn)生系統(tǒng)與G-菌相似，而信號分子的識別則與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菌的運動毒力因子的誘導(dǎo)不同種屬群間的競爭細菌與宿主的斗爭一、調(diào)控細菌毒力二、對宿主的侵襲和定植霍亂弧菌：菌體少量時，有利于早期定植，之后細胞密度增大，信號分子濃度增高，HapR表達，有利于病原菌的釋放三、調(diào)控生物被膜形成1、黏附期：浮游細菌，可逆2、定植期：分泌胞外基質(zhì)，微菌落3、生長期：微菌落融合，向上生長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菌群體感應(yīng)對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，并且對生物滅菌劑十二烷基磺酸鈉(SDS)的抵抗作用顯著降低四、細菌群集運動群集運動是指細菌以群體方式在培養(yǎng)基表面由接種點向周圍進行的依賴鞭毛的遷移運動。QS通過調(diào)控鞭毛操縱子flhdc而調(diào)節(jié)細胞群集運動細胞群集決定了FIHDC蛋白的活化，是全面調(diào)節(jié)鞭毛和運動相關(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信號分子的特異性：是否產(chǎn)生、種類、環(huán)境信號分子的消長變化物理學(xué)的檢測手段和微生物傳感菌檢測二、新的抗菌策略（1）降解信號分子：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）使用信號分子類似物：產(chǎn)生病原菌信號分子的類似物與信號分子受體蛋白競爭結(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菌在有水的管道或界面，生長形成生物被膜后，污染或腐蝕這些裝置。主要是對細菌生物被膜的防治抑制細菌的群