群体感应信号分子AI-2调控乳酸菌生物膜形成机制的研究进展

乳酸菌生物膜具有黏附性、抗逆性以及抗菌活性等多种物理特性和生理功能,被广泛应用于改善食品质构以及食品的生物保鲜中。乳酸菌生物膜的形成需经历附着、形成、成熟、老化脱落和重新附着5个阶段,其形成受到群体感应系统的调控。群体感应系统(quorum sensing system, QS)是细菌中广泛存在的一种基因表达调控系统,该系统通过信号分子靶向调控相关基因的表达,从而调控细菌的生理功能。LuxS/AI-2型QS是调控乳酸菌益生特性的主要群体感应系统。明悉乳酸菌的LuxS/AI-2型QS及其调控生物膜形成的机制,对于乳酸菌在食品工业中的进一步应用至关重要。重点介绍了乳酸菌生物膜的形成过程,以及LuxS/AI-2型QS调控乳酸菌生物膜形成的5个调控元件,即信号分子AI-2(autoinducer-2)、关键调控基因(luxS、tuf、fba、gap)、关键调控蛋白(LuxS、LacI、AraC、PadR以及Rbs家族蛋白)、信号分子AI-2的可能受体蛋白(LuxP、LsrB、RbsB和含有dCACHE结构域的受体蛋白)以及关键代谢路径的最新研究进展;总结了信号分子AI-2调控乳酸菌生物膜形成的可能分子机制,以及信号分子AI-2受体蛋白的筛选策略。希望为深入了解LuxS/AI-2型QS调控乳酸菌生物膜的形成提供理论指导。

群体感应信号分子AIP功能与作用机制研究进展

群体感应(quorumsensing,QS)是微生物种群之间、微生物群落与植物之间相互作用的重要途径。调控群体感应过程的信号分子称为自诱导物(autoinducer,AI),它们在生物发光、毒力因子分泌、孢子形成、次级代谢物合成以及生物膜的形成过程中均发挥着重要的调控作用。自诱导寡肽(autoinducing peptide,AIP)是细菌群落之间特异性交流的群体感应信号分子之一。本文综述了AIP的来源、结构、功能与作用机制方面的研究进展,讨论了AIP在植物促生和生防中的应用潜力,以期更好地理解微生物群落生态功能及其与植物互作的分子机制,为群体感应信号分子在生态农业中的应用提供理论基础。

植物青枯菌aac基因克隆及猝灭群体感应信号功能的研究

【目的】研究植物青枯菌(Ralstonia solanacearum)aac基因编码的蛋白是否具有降解细菌群体感应信号分子的功能。【方法】PCR扩增获得青枯菌GMI1000菌株的aac基因,将aac基因克隆到pET-5a原核表达载体上,在大肠杆菌中表达出AAC融合蛋白,将AAC融合蛋白与胡萝卜软腐欧氏杆菌(Erwinia carotovorasp.carotovora)混合后,共接种于马铃薯块茎,研究细菌致病力的变化。【结果】克隆了全长的aac基因,完成了aac基因原核表达载体的构建,研究了AAC融合蛋白对细菌致病力的影响。【结论】青枯菌aac基因编码的蛋白具有减弱胡萝卜软腐欧氏致病力的功能,为开发新的控害策略提供了依据。

不同培养条件及群体感应信号分子对蜂房哈夫尼亚菌生物被膜的影响

为研究蜂房哈夫尼亚菌(Hafnia alvei)Ha-01生物被膜形成的过程及不同培养条件(碳源、p H值、Na Cl质量分数、黏附材料)对其生物被膜形成的影响,采用超声波平板法及扫描电镜法研究不同培养条件下菌株Ha-01生物被膜活菌数及生长情况,并通过添加外源标准群体感应信号分子(N-酰基高丝氨酸内酯(N-acyl-homoserine lactones,AHLs))中的C6-HSL研究了AHLs与其生物被膜形成的关系。结果显示,菌株Ha-01生物被膜的形成与培养时间密切相关;在不同碳源的培养条件下形成生物被膜能力不同,其中在以木糖为培养基时形成量最大,达到7.51(lg(CFU/cm^2)),与在LB培养基中相比增加10.28%;在中性培养条件下更利于其生物被膜的形成,活菌数为7.77(lg(CFU/cm^2));在Na Cl质量分数为2%时,其生物被膜产生量最大,活菌数为7.18(lg(CFU/cm^2));在不同黏附材料上生物被膜形成能力从大到小依次为铝片、锌片、玻璃片,活菌数分别为7.22、6.48、6.11(lg(CFU/cm^2));且添加C6-HSL量越多,其生物被膜产生能力越强。研究表明,培养条件能够影响菌株Ha-01生物被膜形成,且AHLs可以调控其生物被膜形成。

真菌群体感应信号分子及群体感应猝灭的研究进展

群体感应(quorum sensing,QS)是微生物中普遍存在的细胞间通讯系统,细菌中的研究较为深入,近年来在真菌中也有发现。微生物通过向环境释放可扩散的群体感应信号分子(quorum sensing molecules,QSM)来感知群体密度并调控自身的生理行为,以适应环境的变化。目前验证的真菌QSM包括醇类、脂氧合物、小分子肽以及某些挥发性物质。除影响种内的生长发育及次级代谢物产生外,真菌QSM还与其侵染能力、致病性和毒素产生有关,为了抵御QS的不利影响,生物共同进化过程中相应地出现了群体感应淬灭(quorum quenching,QQ)机制,QQ能够修饰或抑制QSM的合成从而破坏QS。本文中,笔者对国内外近10年来对真菌QSM种类、生理作用及QQ的研究进展进行综述,以期为深化真菌群体感应机制的研究提供参考。

一种改良型检测群体感应信号分子的TLC方法

微生物群体感应信号主要包括三类(AI-1,AI-2和AI-3),其中以AI-1(即N-酰基高丝氨酸内酯,Acyl-homoserine lactones,AHLs)的研究最为广泛。以往针对AHLs的检测主要是传统的薄层色谱法(Thin Layer chromatograph,TLC),即采用报告菌株、显色剂X-gal以及半固体培养基三者混合后平铺于TLC板上,通过生物显色反应来进行定性判断。但这一方法在实际操作中存在一些不足,包括显色不均匀、蓝色斑点发散、以及分辨率不高等问题,因此该方法还具有很大的改进空间。利用根癌农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)A136(pCF218)建立了一种改良型的TLC方法,主要包括设计一套简易型的制胶板、改变铺板程序以及节省X-gal用量等。结果表明,改良后的方法使得显色斑点更聚焦,显色强度和线性迁移率效果更好,检测分辨率更高,更适合混合型样本。同时该方法操作简便、无需专业培训、初学者易上手,增加了方法的普适性和有效性。

细菌天然群体感应信号分子抑制剂研究进展

长期抗生素滥用导致了多重耐药菌株及其超级细菌的出现,由密度感应系统调控的生物被膜的形成和成熟是造成细菌感染的机制之一。自然界存在的生物活性物质能够淬灭密度感应系统,这些生物活性物质被称为群体感应信号分子抑制剂(quorum sensing inhibitor,QSI)。近年来,群体感应抑制剂成为细菌抗感染药物开发的靶点,有必要对细菌群体感应信号分子抑制剂种类、作用机制进行研究,本文综述了细菌天然群体感应信号分子抑制剂,干扰群体感应系统,从而治疗细菌感染。绝大多数原核生物能够产生群体感应抑制剂,这被认为是安全的。动物、豆类、传统的药用植物、海洋生物均能产生群体感应抑制剂。这些天然抑制剂可能替代传统抗生素,具有广阔的研究和应用前景。

细菌群体感应信号网络及其应用

群体感应(Quorum sensing,QS)是一种细菌细胞与细胞间的通讯系统,即细菌通过分泌扩散性小分子信号感知细菌群体的密度,从而引起一组特定基因在转录水平协调表达。大量研究已表明,群体感应系统控制细菌多种生理行为和过程,以及与真核宿主(寄主)的互作。参与群体感应调控的信号分子多种多样,QS系统所调控的功能也具有多样性,甚至菌株专化性。通过聚焦同一细菌中由多个QS系统组成的信号网络,综合评述了不同QS系统之间如何相互作用全局调控基因表达,以及QS系统如何通过与其它全局调控系统整合精细调节细菌的社会行为以及环境适应性及其应用前景。

群体感应信号分子存在下磺胺对大肠杆菌生长、突变及R388质粒接合转移的影响

抗生素的滥用使细菌耐药性问题日益突出,给许多疾病的预防与控制增加了难度。基因突变和质粒接合转移是细菌获得抗生素抗性基因的主要方式,许多研究围绕抗性基因来展开,但是关于群体感应对于抗性基因产生和传播的影响鲜有报道。本文以大肠杆菌(Escherichia coli)为模式生物,群体感应信号分子N-(β-酮己酰)-L-高丝氨酸内酯(3-oxo-C6-HSL,C6)和3种磺胺类抗生素(磺胺嘧啶、磺胺甲恶唑、磺胺氯哒嗪)为研究对象,测定了其对大肠杆菌生长效应、突变效应及接合转移效应的影响。结果表明:C6不影响磺胺对大肠杆菌的生长抑制率,但能够削弱磺胺对大肠杆菌突变的促进作用,并且能增强磺胺对大肠杆菌R388质粒接合转移的抑制作用。本文为从群体感应角度研究大肠杆菌耐药性的产生与传播提供新思路。

真菌群体感应信号分子的研究进展

早在1977年,Nealson对海洋细菌费氏弧菌(Vibrio fescheri)监控自身群体密度产生的自诱导生物发光现象进行报道[1]。而群体感应(quorum sensing,QS)是由Fuqua等[2]于1994年首次提出的一种密度依赖性微生物细胞间通讯机制,即通过分泌群体感应信号分子(quorumsensing molecules,QSM)或自诱导调节分子(autoinducer,AI)作为小扩散信号分子,与转录激活蛋白相互作用,将基因表达与细胞密度偶联在一起。

群体感应在发酵食品中的研究进展

微生物在发酵食品中起着重要作用,群体感应作为微生物依赖于细胞密度而调控其生理行为的一种机制,在发酵食品中也应受到关注。近年来有研究表明发酵食品中群体感应的调控与食品品质及风味有着密切的联系。因此,该文综述了群体感应信号分子的定义及分类、群体感应对发酵体系中微生物和各种发酵食品的调控作用,最后对群体感应在发酵食品行业中的研究及应用前景进行了总结与展望,以期为发酵食品产业提供新的见解。

嗜水气单胞菌群体感应信号分子AI-2的细胞外生物合成及活性检测

【目的】对嗜水气单胞菌群体感应信号分子AI-2进行细胞外生物合成及活性检测。【方法】对Lux S、MtnN-1、MtnN-2蛋白进行氨基酸序列分析、表达及纯化。以S-腺苷同型半胱氨酸(SAH)为底物,利用纯化的Lux S分别与MtnN-1及MtnN-2蛋白共同作用合成AI-2,并利用哈维氏弧菌报告菌株BB170检测AI-2活性。【结果】嗜水气单胞菌培养液上清中AI-2活性在8 h达到空白对照的16.96倍。氨基酸序列分析表明,嗜水气单胞菌与水生病原菌哈维式弧菌和迟钝爱德华氏Lux S一致性达到76%以上,MtnN-1与MtnN-2氨基酸序列一致性为26.37%,其中MtnN-2与哈维氏弧菌和迟钝爱德华氏菌Pfs一致性达到53%以上。成功表达及纯化了Lux S、MtnN-1和MtnN-2蛋白,细胞外Lux S和MtnN-1共同作用合成的AI-2活性是空白对照的45.04倍,Lux S和MtnN-2共同作用合成的AI-2活性是空白对照的63.62倍。【结论】嗜水气单胞菌能够合成信号分子AI-2。MtnN-1和MtnN-2氨基酸序列尽管存在较大差异,但两者均能与Lux S共同催化AI-2的细胞外生物合成。

天然氨基酸诱导野油菜黄单胞菌降解DSF-家族群体感应信号活性分析

【背景】野油菜黄单胞菌(Xanthomonas campestris pv. campestris,Xcc)是十字花科植物黑腐病的致病菌。Xcc中DSF (Diffusible signal factor)信号依赖的群体感应系统和RpfB介导的群体感应退出机制均与其致病性密切相关。【目的】分别检测18种氨基酸对DSF-家族群体感应信号分子合成的影响,为研发新型生物防治方法提供思路。【方法】添加不同浓度的氨基酸到ΔrpfC菌株XYS培养体系中,接种后不同时间点取样提取DSF信号分子,利用高效液相色谱法(High performance liquid chromatography,HPLC)分析DSF和BDSF浓度。【结果】18种氨基酸中,甲硫氨酸、色氨酸和胱氨酸能有效降低ΔrpfC菌株培养体系中DSF和BDSF水平,抑制效果与氨基酸浓度密切相关;3种氨基酸对DSF信号分子的抑制作用存在叠加效应;甲硫氨酸、色氨酸或胱氨酸不影响ΔrpfCΔrpfB双突变体菌株中DSF和BDSF水平。【结论】首次发现了甲硫氨酸、色氨酸和胱氨酸通过RpfB诱导Xcc退出群体感应状态。

肛周脓肿术后创面感染患者铜绿假单胞菌生物被膜形成能力及群体感应信号系统相关基因

目的分析肛周脓肿术后创面感染患者铜绿假单胞菌生物被膜形成能力及群体感应信号系统相关基因携带情况。方法收集2018年1月-2021年1月医院收治的160例肛周脓肿术后创面感染患者创面感染部位脓液,进行病原菌分离鉴定和耐药性分析,采用结晶紫法测定铜绿假单胞菌菌株生物被膜形成能力,采用聚合酶链式反应(PCR)检测lasR、rhlR基因表达情况,并分析铜绿假单胞菌生物被膜形成能力与群体感应信号系统的相关性。结果160例肛周脓肿术后创面感染患者共分离病原菌173株,其中铜绿假单胞菌51株,占比29.48%;51株铜绿假单胞菌对哌拉西林、庆大霉素耐药性>20%,对头孢吡肟耐药性>15%,对头孢他啶、氨曲南、妥布霉素、阿米卡星、左氧氟沙星耐药性>10%,对多黏菌素B的耐药性最低,为1.96%;51株铜绿假单胞菌中,包括22株(43.14%)强阳性菌株,16株(31.37%)中等阳性菌株,11株(21.57%)弱阳性菌株,2株(3.92%)阴性菌株;PCR检测结果显示,51株铜绿假单胞菌中,48株(94.12%)携带lasR基因,46株(90.20%)携带rhlR基因;lasR、rhlR阳性菌株与lasR、rhlR阴性菌株生物被膜形成能力比较,差异有统计学意义(P<0.05)。结论肛周脓肿术后创面感染患者铜绿假单胞菌对常用抗菌药物均出现不同程度的耐药,且菌株具有较强的生物被膜形成能力,群体感应信号系统中lasR和rhlR基因与生物被膜形成有关。

细菌群体感应系统研究进展及其应用

细菌能自发产生、释放一些特定的信号分子,并能感知其浓度变化,调节微生物的群体行为,这一调控系统称为群体感应。细菌群体感应参与包括人类、动植物病原菌致病力在内的多种生物学功能的调节。本文综述了细菌群体感应的最新研究进展,并阐述了其在生物技术领域的应用前景。

气相色谱-质谱法检测细菌中N-酰基高丝氨酸内酯类信号分子

建立了N-酰基高丝氨酸内酯类(N-acyl-homoserine lactones,AHLs)群体感应信号分子的气相色谱-质谱(GC-MS)检测方法,并优化了检测条件。在优化条件下,采用选择离子扫描模式(SIM)从细菌Pseud-oalteromonas sp.NJ6-3-1培养液中检测到3种AHLs(N-己基高丝氨酸内酯(C6-HSL)、N-辛基高丝氨酸内酯(C8-HSL)和N-十四基高丝氨酸内酯(C14-HSL))。与传统的薄层层析-生物传感器(TLC-biosensor)和高效液相色谱法(HPLC)相比,该方法更加简单、高效,只需对培养液样品进行简单处理,即可定性检测样品中的AHLs分子。该方法为从复杂基质中检测和鉴定AHLs信号分子提供了有效手段。

根际化学信号物质与土壤养分转化

土壤微生物驱动了农田生态系统养分循环,而根际化学信号能显著改变土壤微生物组成并影响养分转化,在促进植物生长、抵抗生物和非生物胁迫方面具有重要作用。目前,根际化学信号的研究已从早期植物与菌根真菌和根瘤菌间的信号传导,拓展到与非共生微生物的互作研究,最近有研究发现根际信号物质能塑造根际有益微生物组。重点综述了近年来根际化学信号物质与土壤养分转化方面的国内外研究进展。首先提出了根际化学信号物质的概念,归纳了信号物质类型与功能。进一步讨论了植物-植物、植物-微生物以及微生物-微生物三个生物互作过程中信号物质对氮、磷、铁养分转化的影响,分析了当前研究的不足。最后,对根际化学信号物质未来的研究方向作出展望,强调了化学检测、多组学和重组菌群等技术在根际化学信号物质研究中的重要性。

发菜伴生细菌的分离鉴定及其对发菜生理代谢的影响

为了探究发菜(Nostoc flagelliforme)伴生菌对其生理代谢的影响,进一步了解发菜的生长体系以及发菜与伴生菌的相互作用,本文采用平板划线法从发菜固体培养基上分离出11株伴生菌,利用高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱(LC-qToF-MS)鉴定伴生菌产生的N-酰基高丝氨酸内酯类分子(AHLs)种类.通过质谱图可知微杆菌属(Microbacterium sp.)ABNF-1产生C_(12)-HSL,根瘤菌属(Rhizobium sp.)ABNF-4产生C_(6)-HSL、C10-HSL、C_(12)-HSL,戈登氏菌属(Gordonia sp.)ABNF-9产生C_(6)-HSL、C10-HSL,假单胞菌属(Pseudomonas balearica sp.)ABNF-10产生C10-HSL、C_(12)-HSL.对发菜AHLs产生菌共培养的代谢产物分析表明,主成分分析(PCA-X)和正交偏最小二乘法判别分析(OPLS-DA)的评分都呈现明显的离散现象,表明共培养组的代谢产物发生了变化,发菜的脂肪酸代谢和碳代谢发生了显著变化.通过外源添加AHLs发现,当群体感应信号分子AHLs浓度为5μmol/L以上时,AHLs能够促进荚膜多糖的积累,提高细胞总糖含量,对发菜多糖含量影响显著,这进一步说明AHLs能够影响发菜细胞的生长代谢.

N-己酰高丝氨酸内酯对马铃薯生长及抗软腐病能力的影响

[目的]研究细菌个体间通讯信号N己-酰高丝氨酸内酯(C6-HSL)是否可以影响植物的生长和抗病能力。[方法]以马铃薯脱毒苗为试验材料,C6-HSL为诱导剂研究了经不同浓度C6-HSL处理后,马铃薯生长、抵抗胡萝卜软腐欧文氏菌浸染的情况,特别研究了C6-HSL对植株标志性防御酶活性和H2O2含量的影响。[结果]不同浓度的C6-HSL能明显抑制马铃薯的出根率和生根数,而对株高、茎节数及叶片大小没有影响;植物标志性防御酶类中POD和SOD的活性以及H2O2的产生量经C6-HSL诱导后显著提高,而PAL和PPO的活性则没有明显变化;抗病试验中,经C6-HSL诱导的马铃薯植株能有效抑制胡萝卜软腐欧文氏菌的侵染,发病率明显低于对照组。[结论]细菌AHL有可能成为一种新的植物抗病激活剂。

N-己酰高丝氨酸内酯对马铃薯生长及抗软腐病能力的影响(摘要)(英文)

[目的]研究细菌个体间通讯信号C6-HSL是否可以影响植物的生长和抗病能力。[方法]以马铃薯脱毒苗为试验材料,N-己酰高丝氨酸内酯(C6-HSL)为诱导剂研究了分别经50、100nmol/LC6-HSL处理后,马铃薯生长(包括出根率、株高、茎节数、生根数及叶片大小等的测定)、抵抗胡萝卜软腐欧文氏菌侵染(采用人工摩擦法接种)的情况,特别研究了C6-HSL对植株标志性防御酶(POD、SOD、PAL和PPO)活性和H2O2含量的影响。[结果]不同浓度的C6-HSL均能抑制马铃薯的出根率和生根数,其中50nmol/LC6-HSL抑制作用显著,经其处理过的马铃薯出根率仅为9.09%(对照为25.00%),出根数仅为4.01(对照为6.06)。但50和100nmol/LC6-HSL对株高、茎节数及叶片大小没有影响;50或100nmol/L的C6-HSL处理马铃薯茎段外植体28d后的组培苗中POD和SOD的活性显著升高,与未处理的对照相比分别高约65%和75%。C6-HSL处理马铃薯也可使其体内H2O2含量显著升高,然而,C6-HSL处理对马铃薯体内PAL和PPO的活性无显著影响。这可能是因为不同植物对AHL处理的应激反应不同。抗病试验中,用50和100nmol/LC6-HSL处理马铃薯植株后其发病率分别为41.39%和67.22%,而对照组发病率达到88.24%。接菌后马铃薯发病表型也不同,经50nmol/LC6-HSL处理后马铃薯叶片在接菌处出现坏死斑,叶片没有卷曲,整个叶片保持完整;100nmol/LC6-HSL处理后马铃薯叶片部分卷曲,叶片不完整;对照组马铃薯叶片腐烂严重并且明显萎蔫,不能保持叶片原有的形状。[结论]C6-HSL处理能够提高马铃薯叶片中POD、SOD的活性和H2O2的含量,50nmol/L的C6-HSL处理能显著增加马铃薯对软腐病菌的抗性。因此,AHL有可能成为一种新的植物抗病激活剂。