LuxS/AI-2群体感应系统在乳酸菌细菌素合成中的作用

乳酸菌细菌素具有抑菌谱广、稳定性高、安全性高等优势,作为新型生物防腐剂备受青睐,但目前工业化应用的细菌素数量有限,合成量低是其应用受限的重要原因。国内外研究显示与特定的微生物共培养是提高乳酸菌细菌素合成量的有效方法,该过程受到LuxS/AI-2群体感应系统的调控。文章从乳酸菌LuxS/AI-2群体感应系统的组成及LuxS/AI-2群体感应系统在乳酸菌细菌素合成中的作用两个方面进行论述,为乳酸菌细菌素合成量的提高和工业化应用的实现提供了一定的理论依据。

基于LuxS/AI-2群体感应系统研究疮愈膏促进肛周慢性创面愈合的作用机制

目的:研究疮愈膏对肛周慢性创面形成的抑制作用及其对创面细菌生物被膜主要调控基因LuxS和信号分子AI-2的影响。方法:采用SD大鼠60只(200±20)g雄性大鼠随机分为普通创面组(n=15),实验组(n=15),阳性对照组(n=15),安慰剂组(n=15);通过背部新鲜创面每日滴加离心粪液构建肛周慢性创面模型。造模成功后,实验组给予疮愈膏外敷,阳性对照组给予莫匹罗星软膏外敷,安慰剂组给予凡士林纱条外敷,普通创面组给予生理盐水纱条外敷,1次/d,持续14 d。于治疗前和治疗后对各组大鼠创面进行记录分析;实时荧光定量聚合酶链式反应(RTPCR)检测生物被膜主要调控基因LuxS的变化;哈氏弧菌测定AI-2信号分子活性。结果:与安慰剂组比较,实验组和阳性对照组大鼠创面面积均明显缩小,差异具有统计学意义(P<0.05);实验组与阳性对照组差异无统计学意义。与安慰剂组对比,实验组和阳性对照组大鼠创面组织提取细菌中LuxS mRNA相对表达量,信号分子AI-2活性均明显降低(P<0.05),实验组和阳性对照组则无明显差异(P<0.05)。结论:疮愈膏能够加速肛周慢性创面的愈合同时抑制创面细菌生物被膜的形成,其机制可能与下调创面细菌LuxS基因的表达及降低其AI-2信号分子活性有关,LuxS/AI-2群体感应系统可能为疮愈膏治疗肛周慢性创面的机制之一。

反刍动物瘤胃微生物LuxS/AI-2群体感应研究进展

群体感应(quorum sensing, QS)是细菌利用信号分子进行种内或种间交流的一种通讯机制,借助该通讯机制微生物群体可以实现微生物个体无法完成的生理功能或行为调节,如生物膜形成、毒素分泌和生物发光等,以增强对外界胁迫环境的适应性。近期多组学研究发现,以自体诱导物-2(autoinducer-2, AI-2)为信号分子、LuxS为调节蛋白介导的LuxS/AI-2 QS是瘤胃微生物之间交流的主要通讯机制,影响着瘤胃微生物对饲料的利用效率。本文从AI-2的化学结构和转导途径对微生物LuxS/AI-2 QS进行总结,对LuxS/AI--2 QS在反刍动物瘤胃微生物定殖和饲料消化过程中的作用进行综述,并对LuxS/AI-2 QS在饲料消化、应激调控中的潜在作用进行展望,以期为通过LuxS/AI-2 QS调控瘤胃微生物消化代谢和稳态的生产策略提供理论参考。

LuxS/AI-2型群体感应系统调控细菌生物被膜形成研究进展

生物被膜是大多数细菌在自然状态下的一种生长方式,使菌体具有浮游态时不具有的优势。它的形成和发展受到群体感应系统的调控,该系统是细菌依赖于群体密度而调控其生理行为的一种机制。其中Lux S/2型自诱导物(autoinducer 2,AI-2)群体感应系统又称种间群体感应系统,广泛存在于G^(+)及G^-菌中。其信号分子AI-2被认为是种间通用的信号分子,参与调控多种细菌的生物被膜。此外,目前已发现多种Lux S/AI-2型群体感应系统抑制剂,它们可以影响许多细菌生物被膜的形成。目前研究人员已开始致力于揭示Lux S/AI-2型群体感应系统调控生物被膜形成的分子机制,这对于进一步理解Lux S/AI-2型群体感应系统与生物被膜的关系具有重要意义。

产膜表皮葡萄球菌LuxS/AI-2型密度感应系统AI-2的活性及苦参碱对其的影响

【目的】研究产膜表皮葡萄球菌生物被膜菌和液相浮游菌LuxS/AI-2型密度感应系统中AI-2信号分子的活性及苦参碱对其的影响。【方法】绘制产膜表皮葡萄球菌ATCC35984液相浮游菌及生物被膜菌的生长曲线;利用哈维氏弧菌BB170(Vibrio harveyi BB170)作为报告菌株检测表皮葡萄球菌AI-2信号分子的活性;用荧光定量PCR法检测luxS基因的转录水平;用苦参碱对产膜表皮葡萄球菌ATCC35984进行处理,检测其AI-2信号分子活性的变化情况。【结果】在产膜表皮葡萄球菌液相浮游菌生长过程中,AI-2信号分子与luxS基因的相对表达量都是在对数生长期达到最大值,而后逐渐降低,与液相浮游菌生长曲线基本一致。在产膜表皮葡萄球菌生物被膜菌生长过程中,AI-2信号分子活性曲线与其生物被膜生长曲线变化趋势一致,但luxS基因的相对表达量曲线与生物被膜生长曲线变化趋势相反。中药苦参碱对产膜表皮葡萄球菌液相浮游菌和生物被膜菌AI-2信号分子活性有抑制作用,并且对液相浮游菌AI-2信号分子活性的抑制作用强于生物被膜菌。【结论】AI-2信号分子活性和luxS基因的相对表达量与产膜表皮葡萄球菌生物被膜菌及其液相浮游菌的生长相关;苦参碱能够显著下调产膜表皮葡萄球菌生物被膜菌和液相浮游菌的AI-2信号分子活性。

LuxS/AI-2群体感应系统及其对细菌致病性和耐药性的调控

群体感应是指细菌在生长过程中产生一些低分子量的信号分子,通过信号分子来感知种群密度变化,从而调节相关基因表达和群体行为的过程。不同细菌利用不同类型的信号分子交流,其中自诱导分子2(Autoinducer-2,AI-2)信号分子存在于革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌中,是一种种间交流的信号分子。AI-2是一类呋喃酰硼酸二酯,其合成依赖于S-核糖同型半胱氨酸酶(S-ribosylhomocysteinase,LuxS),能调控细菌的多种重要生理过程,包括毒素的分泌、生物膜的形成和耐药性等。本文综述了LuxS/AI-2群体感应系统及其对细菌致病性和耐药性的影响及调控作用,以期为解析食源性致病菌的致病性及耐药性作用机制、研制新型抗菌药物、控制食源性致病菌的感染提供新思路。

猪链球菌LuxS/AI-2型密度感应系统研究进展

密度感应(quorum sensing,QS)系统在细菌中普遍存在,能够通过一种或多种信号分子来影响多个基因的转录表达,从而协调多种细菌病原体的群体反应。该系统存在多种类型,其中LuxS/AI-2型是研究最热的系统之一,luxS作为一个高度保守的基因,参与调控多种基因的表达,从而调节细菌的生长和毒力等多种生命活动,使其适应不同的环境。LuxS蛋白分解形成同型半胱氨酸和4,5-二羟基-2,3-戊二酮(4,5-dihydroxy-2,3-pentanedione,DPD),DPD通过自环化形成自诱导分子autoinducer 2(AI-2)。猪链球菌(Streptococcus suis,SS)作为一种重要的人兽共患病原菌,研究其LuxS/AI-2型密度感应系统,利用LuxS/AI-2系统对猪链球菌病进行预防和治疗,具有重要意义。本文着重从SS的QS系统一般机制以及LuxS/AI-2系统的发现、结构、代谢作用、表达调控等方面对该菌的相关研究进行了综述。

AI-2群体感应系统抑制剂:细菌生物膜感染的潜在新药

细菌生物膜是细菌粘附于非生物或生物表面后将其包裹在自身分泌的多聚物中形成的一种具有立体结构的细胞群落，是细菌为了适应生存环境而形成的一种与浮游细胞相对应的存在形式。临床上80％的感染都和生物膜相关。细菌粘附于人体内自身组织或植入人体的医疗装置表面，如导管、隐形眼镜及心脏起搏器并形成生物膜时，由于生物膜的屏障作用及生物膜内细菌低代谢的特点，形成生物膜的细菌具有高度的耐药性并能逃避免疫系统攻击，使感染易慢性化并难于控制[1-3]。

luxS基因缺失对禽致病性大肠杆菌O_1、O_2和O_(78)三种血清型分离株的生物学特性影响

【目的】LuxS/AI-2型密度群体感应系统产生的自诱导信号分子AI-2(AI-2的产生需要luxS基因编码的Lux S蛋白参与)参与对细菌众多生理功能的调控。探讨luxS对不同血清型禽致病性大肠杆菌(Avian Pathogenicity Escherichia coli,APEC)生物学特性的影响。【方法】本研究以APEC优势血清型APECO_1(O_1血清型)、DE17(O_2血清型)、E940(O_(78)血清型)及其相应luxS缺失株为研究对象,对野生株和缺失株的生长特性、生物被膜形成、rdar(red,dry and rough)形态、运动性和耐药性等特性进行分析。【结果】luxS基因的缺失不影响APEC生长特性,但导致APEC不能产生AI-2;此外,luxS基因的缺失显著降低APECO_1和E940的生物被膜形成(P<0.05),而DE17的生物被膜形成无显著变化。对各菌株的rdar形态和运动性检测结果表明,luxS基因的缺失改变了APECO_1的rdar形态,对DE17和E940并无影响;显著降低了APECO_1和DE17运动能力,对E940并无影响。荧光定量PCR检测结果表明,luxS基因的缺失显著降低APECO_1、DE17和E940与细菌运动性相关的鞭毛基因fli G和fli I的转录水平(P<0.05)。此外,对各菌株的耐药性检测结果表明,luxS基因缺失导致APECO_1对头孢吡肟和丁胺卡那由耐药变为高敏,同时对氯霉素与E940相同由高敏变为耐药,但对DE17的耐药性无显著改变。【结论】luxS对APEC的生物学特性具有重要的调控作用,且这种调控具有菌株特异性。

AI-2通过调节c-di-GMP代谢酶DosC影响类志贺邻单胞菌生物膜形成及运动性

细菌中广泛分布的群体感应信号分子autoinducer-2(AI-2)会影响细菌的生物膜形成及运动性等生理过程,然而该信号对类志贺邻单胞菌相关表型的调控作用及其分子机制尚未有所报道。【目的】揭示AI-2通过影响胞内环二鸟苷单磷酸(c-di-GMP)水平调控类志贺邻单胞菌生物膜形成及运动性的内在机制,为类志贺邻单胞菌感染的防治提供新思路。【方法】首先利用同源重组方法构建luxS基因敲除菌株(ΔluxS),通过软琼脂平板法和结晶紫染色法分别检测其与野生型泳动能力和生物膜形成水平的差异;之后通过序列比对找到AI-2的潜在受体蛋白DosC(SAMEA2665130_2180),利用哈维氏弧菌生物发光实验及等温滴定量热实验(ITC)研究DosC的配体结合结构域(ligand-binding domain,LBD)与AI-2的结合能力;通过体外酶活实验、胞内c-di-GMP定量分析研究AI-2对DosC受体活性的影响;最后参照前述方法构建受体DosC编码基因敲除菌株(ΔdosC)并检测其与野生型相比泳动能力和生物膜形成水平的变化。【结果】AI-2与DosC-LBD显示出高亲和作用力;通过高效液相色谱分析发现AI-2会增强受体蛋白DosC的磷酸二酯酶活性,促进c-di-GMP的降解。与野生型相比,ΔluxS和ΔdosC菌株胞内c-di-GMP水平显著升高,泳动与生物膜形成能力均显著降低。【结论】受体蛋白DosC通过响应群体感应信号分子AI-2,增强自身磷酸二酯酶活性,促进c-di-GMP的降解,影响胞内c-di-GMP的含量,进而调控细菌的生物膜形成和泳动能力等表型。

迟缓爱德华菌luxS基因在不同生长时期表达水平的差异

【目的】探索迟缓爱德华菌Lux S/AI-2型密度感应系统关键基因lux S的分布及在不同生长时期的表达特征和生物功能。【方法】克隆迟缓爱德华菌lux S基因,利用生物信息学工具和网络数据库分析该基因序列的特征及编码蛋白的基本特征和保守结构;原核表达Lux S蛋白,纯化后制备抗Lux S的抗体,运用Western-blot技术分析Lux S在不同毒力、不同来源迟缓爱德华菌中的分布情况及在不同生长时期的表达水平;利用抗体中和方法,分析抗Lux S抗体对迟缓爱德华菌生长的影响,探索Lux S是否为信号分子AI-2的特异依赖模式。【结果】克隆到迟缓爱德华菌lux S基因,长度为516 bp,序列分析结果表明,该基因在迟缓爱德华菌属中高度保守;对多株迟缓爱德华菌Lux S蛋白的检测结果表明,该基因在该菌属中普遍存在;对不同生长时期Lux S蛋白的检测结果表明,Lux S蛋白的表达量在迟缓期较低,进入对数生长期逐渐增加,在对数生长后期最大,稳定后期逐渐减少;抗体中和生长试验结果表明,1%抗血清(效价1:40000)能延长迟缓爱德华菌生长的平台期,但对细菌生长无显著影响。【结论】Lux S/AI-2介导的密度感应系统在迟缓爱德华菌中普遍存在;关键基因lux S的序列高度保守,在不同生长时期表达量不一致,在对数生长后期达到峰值。