细菌中LuxS/AI-2密度感应系统分子机制研究进展

近年来的研究证明，细菌之间存在信息交流，许多细菌都能合成并释放一种称为自诱导物质（autoinducer，AI）的信号分子。胞外的AI浓度能随细菌密度的增加而增加。当达到临界浓度时，AI能结合并激活细胞内受体，启动菌体中相关基因的表达，从而调控细菌的生理行为，产生毒力因子等，使细胞的活动具有组织性，成为类似于多细胞生物的群体性活动。

LuxS/AI-2密度感应系统及其与口腔致病菌相关研究的进展

LuxS/自体诱导物-2(AI-2)密度感应系统存在于多种革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌中,通过特异性密度感应信号整合,使细菌区分自体与非自体,从而启动细菌相关基因的表达,进而精确调控自身行为,如细菌生物发光、释放毒力因子和生物被膜的形成等行为,以适应环境的变化。本文就AI-2信号分子的形成、密度感应系统调控机制及其在口腔致病菌中的相关研究作一综述。

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。

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。

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。

LuxS/AI-2密度感应信号及其在口腔致病菌感染中的作用

密度感应是细菌之间通过分泌和感应胞外信号分子而进行的交流活动,密度感应使细菌同时激活相关基因的表达,协调菌群生物学行为。目前认为AI-2在细菌种间交流中起通用信号分子的作用。LuxS/AI-2参与口腔细菌间的交流,并参与调控毒力因子表达和牙菌斑生物膜的稳定。

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。

luxS/AI-2密度感应对缓症链球菌生物膜致病力的影响

目的了解luxS基因敲除,自体诱导物-2(AI-2)密度感应信号缺失对缓症链球菌生物膜致病力表型的影响。方法常规细菌培养、药敏试验、形态学与生化反应鉴定,16S核糖体DNA(rDNA)序列同源性分析,获得耐药性缓症链球菌临床分离株。同源重组法敲除luxS基因,构建突变株。哈氏弧菌BB170菌株生物发光实验检测AI-2信号;定量分析临床分离株与突变株生物膜形成量与抗菌药敏感性的差异;荧光黄染液、18909荧光增白染液、L7012死/活菌染液染色,激光共聚焦显微镜扫描,了解生物膜结构、胞外多糖、死/活菌分布差异;临床分离株上清液、4,5-二羟基-2,3-戊二酮(DPD)补偿生长实验确认突变株表型改变的原因。实验数据行KolmogorovSmirno非参数检验。结果 luxS基因突变株与临床分离株生物膜形成量存在显著性差异(P<0.001);氨苄西林、环丙沙星、四环素干预条件下,突变株生物膜形成量显著降低。上清液、DPD补偿后,突变株生物膜形成能力和结构可以恢复。突变株生物膜结构变疏松,对氨苄西林、环丙沙星、四环素的敏感性增加。结论 luxS/AI-2密度感应信号缺失,导致耐药性缓症链球菌生物膜形成量下降,抗菌药敏感性增加,致病力表型发生改变。

植物乳杆菌HE-1由AI-2/LuxS介导的群体感应与生物膜形成关系的研究

本研究从AI-2/LuxS群体感应出发,研究植物乳杆菌HE-1的AI-2信号分子生成与生物膜形成的关系,同时对luxS基因进行扩增,从分子生物学角度验证菌株HE-1的AI-2信号分子产生。研究使用生物发光的方法检测植物乳杆菌HE-1不同培养时间AI-2的产生量;使用微孔板法确定不同时间点生物膜的生成量;之后使用PCR的方法扩增其luxS基因片段,对扩增片段进行同源性和系统发育分析。结果显示植物乳杆菌HE-1的生物膜生成时间和生成量与AI-2信号分子的产生时间和产生量非常吻合,luxS基因成功扩增,同源性分析显示植物乳杆菌HE-1与已知植物乳杆菌luxS基因同源性高达99%以上。分析实验结果得出植物乳杆菌HE-1生物膜生成与AI-2/LuxS群体感应系统二者之间有密切的关系,并且luxS基因的扩增成功和同源性分析从分子生物学上验证了植物乳杆菌HE-1具有产生AI-2信号分子的关键基因。

乳杆菌AI-2/LuxS系统介导的生理代谢对环境胁迫的响应及其人工调控

乳酸菌在自然发酵过程中受到多种环境胁迫的影响。群体感应系统能够介导细菌生物膜的形成从而提高其环境耐受性,这可能是提高乳酸菌发酵性能的潜在调控靶点。该研究比较了1株植物乳杆菌逆境驯化前后的AI-2/LuxS系统差异,进而解析外源群体感应干扰物质对菌株生理代谢的影响。结果显示,柠檬酸驯化后的植物乳杆菌D-840生物膜形成能力提高了485%(P<0.05)。2株菌均能产生群体感应信号分子AI-2,驯化后植物乳杆菌D-840在柠檬酸胁迫下单位菌体所产AI-2显著低于出发菌株(P<0.05)。在15 g/L柠檬酸质量浓度下,植物乳杆菌D和植物乳杆菌D-840中的luxS基因表达量均下调,pfs基因表达量则分别提高了71.4%和49.3%(P<0.05)。AI-2前体(S)-4,5-二羟基-2,3-戊二酮的添加对菌株生理代谢的影响并未呈现浓度依赖性。S-腺苷甲硫氨酸在添加量为1 g/L时植物乳杆菌D和植物乳杆菌D-840苯乳酸产量分别提高了12.2%和25.5%(P<0.05)。研究表明,AI-2/LuxS系统与植物乳杆菌抗逆性及代谢性能具有显著的相关性,并且通过添加AI-2前体上调AI-2/LuxS系统,可以实现其相关的代谢产物积累量的提高,研究结果为提高乳酸菌发酵性能提供了新思路。

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]。

细菌密度感应信号AI-2及其与生物被膜形成的关系

密度感应(quorum sensing,QS)是广泛存在于革兰阴性菌和革兰阳性菌的一种密度依赖的基因表达调控机制。自体诱导物(AI-2)通过信号分子的浓度变化直接或间接调控细菌目的基因的表达,细菌毒力因子的调控、生物膜结构的稳定、细菌的抗药性、生物发光效应等都受其影响,本文主要阐述了AI-2的作用机理及其与生物被膜形成的关系。

大肠杆菌密度感应缺陷株中LuxS的表达及其对生物膜形成的影响

目的：研究在大肠杆菌密度感应缺陷株中表达LuxS蛋白对于生物膜形成相关基因的影响。方法：在大肠杆菌密度感应缺陷株MDA12中表达LuxS蛋白，继而通过Real-time PCR检测菌株间生物膜形成相关基因的表达差异。结果：野生株中生物膜形成相关基因motA、motB表达量约为MDA12的2～5倍，而表达了LuxS蛋白的MDA12中该基因的表达量则为6-8倍，且差异具有统计学意义。结论：大肠杆菌密度感应缺陷株内表达LuxS，可以恢复其密度感应系统继而恢复生物膜形成相关基因的表达。

群体感应信号分子AI-2研究进展

群体感应(QS)是细菌根据种群密度的变化调控基因表达,协调群体行为的机制。除具有种特异性的信号分子AI-1外,近年来发现一类新的信号分子AI-2在调控细菌基因表达中起重要作用。AI-2的结构和生物合成途径已被确定,其产生依赖于一种称为LuxS的蛋白。目前认为AI-2在细菌种间交流中起通用信号分子(universalsignal)的作用。了解细菌的QS调控过程以及种间细胞交流的新机制,有助于对细菌病害进行防治。

克雷伯氏肺炎杆菌群体感应系统缺失对合成2,3-丁二醇的影响

通过同源重组技术敲除克雷伯氏肺炎杆菌的luxS基因,使其群体感应系统失活,研究突变株在2,3-丁二醇发酵培养基中的生长状况及对2,3-丁二醇合成的影响;同时检测对其他副产物合成的影响,通过对野生株和luxS突变株发酵合成2,3-丁二醇的结果进行研究发现,与野生株相比,失去了群体感应功能的luxS突变株利用同样质量浓度的葡萄糖合成2,3-丁二醇的能力提高了47.75%,同时琥珀酸、乳酸和乙醇等主要副产物的质量浓度大幅降低。

群体感应信号分子AI-2高产乳酸菌株筛选及特性研究

为深入研究乳酸菌的群体感应系统,对8株乳酸菌产群体感应信号分子自体诱导剂-2(Autoinducer-2,AI-2)情况进行了检测,7株乳酸菌中检测到明显的AI-2信号分子,且其中3株产生AI-2信号极强;对高产AI-2的菌株,通过RT-PCR对乳酸菌luxS基因和LDH基因的表达情况进行了检测,发现高产AI-2的乳酸菌其luxS基因表达较强,而LDH基因表达较弱;最后分析了酸性环境与乳酸菌信号分子AI-2产量的相关性,结果表明培养基酸性越强,乳酸菌产AI-2信号越强。luxS基因是AI-2信号合成的关键基因,AI-2信号分子提高了乳酸菌的耐酸性,有利于乳酸菌通过群体感应信号调控肠道内的酸碱平衡和菌群平衡。

密度感应系统对弗氏志贺菌生长竞争能力的影响

密度感应系统调节细菌应答反应的发生,这些应答反应与细胞密度有关。通过对比大肠杆菌(Escherichia coli)和志贺氏菌(Shigella spp.)的序列发现,志贺菌属密度感应系统操纵子普遍存在丢失或突变。为研究其密度感应系统的功能,文章利用哈氏弧菌(Vibrio harveyi)BB170作为指示菌,检测弗氏志贺菌(Shigella flexneri)密度感应系统信号分子AI-2,证明其可以分泌有活性的AI-2;其次,采用Golden Gate克隆法将大肠杆菌MG1655的密度感应系统基因克隆至弗氏志贺菌301中,获得密度感应系统回复株301。通过菌落计数表明,在混合培养条件下,密度感应系统基因回复株301比野生株301存在生长优势;通过双向电泳初步比较分析表明,密度感应系统基因可以在志贺菌中表达,并鉴定到了其他一些与应激反应相关的差异表达蛋白,如Hsp60、Gro EL、Sod B。

AI-2/LuxS群体感应系统介导乳酸杆菌益生特性研究进展

群体感应(quorum sensing,QS)是细菌间通过化学信号分子进行信息传递的一种形式。信号分子可以分为4大类:寡肽(oligopeptides)、酰基高丝氨酸内酯(acyl-homoserine lactone,AHL)、自体诱导物2(autoinduction-2,AI-2)和扩散信号因子(diffusible signal factor,DSF),其中AI-2和其生物合成关键酶LuxS组成的QS系统(AI-2/LuxS系统)介导革兰氏阳性(G+)和阴性(G-)细菌的种内和种间信息交流。乳酸杆菌(Lactobacillus)是一种存在于人体内的益生菌,具有抑制病原微生物、维持肠道微生态平衡和增强机体免疫力等生理功能。综述了AI-2/LuxS QS系统介导Lactobacillus耐酸、抑制病原微生物、对肠表皮细胞的黏附和形成生物膜以及在动物消化道中的存活性等益生特性方面的分子机制。