文档介绍：第六章 微生物群体感应系统及其应用
课时:4 学时
授课方式:讲授+讨论
开课时间:2014年秋季学期
主要内容
群体感应的概念
群体感应的分子机制
群体感应的生物效应
群体感应的应用
群体感应的研究历史
群体感应的定义
群体感应(quorum sensing, QS)
微生物间通过分泌、释放一些特定的信号分子,感知浓度变化, 监测菌群密度、调控菌群生理功能,从而适应环境条件的一种信号交流机制,又称细胞交流或自诱导(Auto-induce)
群体感应调节
细菌释放自诱导物质(Auto-inducer, AI) 的信号分子
临界浓度时,AI能启动菌体相关基因的表达,调控细菌的生物行为(产生***、生物膜、抗生素、孢子、荧光等),使其调节自身行为以适应环境变化
感应现象在细菌密度达到一定阈值
后发生,这一现象也被称为细胞密
度基因表达(cell density dependent
control of gene expression)
群体感应调节示意图
信号分子
临界浓度
基因表达
生物行为调节
群体感应的定义
QS信号分子特点
分子量小:如酰基-高丝氨酸内酯(AHL)衍生物、寡肽等,能自由进出细胞或通过寡肽通透酶分泌到环境
种属特异性:一种细菌调节蛋白能响应多种信息素,已建立多种革兰氏阴性菌信息素检测系统
依赖生长期和细胞密度:对数期或稳定期在环境中积累达到较高浓度,其所调节的基因表达量最大
细菌感染调控:许多信息素产生菌是动植物致病菌或共生菌,它在细菌和宿主之间的相互作用中起着重要的调控作用
兼具抗生素活性:us lastis产生的乳链球菌素nisin,既作为信息调节细胞生物合成和免疫基因的表达,也拮抗其他微生物;植物乳球菌(L. plantarum) 产生的植物乳杆菌素A也有信息素和抗生素的双重活性
群体感应的定义
QS信号分子分类
(1) 革兰氏阳性菌中多肽AIP (2) 革兰氏阴性菌的AHL/AI-1型
(3) LuxS/AI-2型(4) AI-3/ 肾上腺素/去甲肾上腺素
群体感应的定义
1970年,Nealson等首次发现费式弧菌(Vibrio fischeri)
的生物发光现象
V. fischeri与某些海生动物共生,宿主利用其发光扑获食
物、躲避天敌,同时V. fischeri获得营养丰富的环境
1983年,Engebrecht等找到了费式弧菌群体感应的相关
基因和群体模型
群体感应的研究进展
20世纪90年代初,QS研究开始
大部分细菌均有两套群体感应系统:一套用于种内信息交流,一套用于种间信息交流
QS调节细菌的生理功能:如生物发光、***的产生、质粒的转移、根瘤菌的结瘤、抗生素合成
QS调控细菌的多种生活****性:如质粒的接合转移、生物膜形成、孢子形成、细胞分化、运动性、胞外多糖形成
QS参与致病菌的毒力因子诱导、细菌与真核生物的共生、抗生素与细菌素合成等与人类关系密切的细菌生理特性
群体感应的研究进展
了解单细胞微生物的信息交流与行为特性关系,建立化学信号物质和生理行为的联系,例如:
龋齿周围生物膜形成参与的菌种,所有细菌均参与群体感应
Nature Reviews, Biotechnology
群体感应的研究意义
通过人为干扰或促进微生物群体感应而调控某种功能,
在环境科学和工程研究中意义重要
群体感应可以促进胞外聚合物(EPS)中胞外DNA (eDNA)的大量释放,产生的eDNA促进细胞间和细胞与表面的互联,促使生物膜有效形成
研究表明,可通过有效抑制破坏胞外聚合物的eDNA,抑制生物膜形成
Environmental Microbiology Reports (2013) 5(6), 778–786
群体感应的研究意义