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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

奶牛隐性乳房炎中致病性大肠杆菌luxS及pfs基因表达及AI-2体外合成

为了了解luxS基因和pfs基因变异情况,探索信号分子AI-2(Autoinducer-2,AI-2)体外合成的影响因素。本试验应用PCR法扩增了奶牛隐性乳房炎致病性大肠杆菌E285的luxS和pfs基因,经酶切后插入原核表达载体pET-30a(+)中,经PCR和酶切鉴定后进行序列测定及分析,构建luxS和pfs基因的重组表达质粒pET-luxS和pET-pfs,经诱导、纯化获得可溶性重组LuxS蛋白和Pfs蛋白,利用纯化的重组蛋白LuxS和Pfs体外合成AI-2分子。结果表明,扩增获得的luxS基因和pfs基因高度保守,与GenBank中已发表的核苷酸序列同源性均达到98%以上;两基因在原核表达系统中均获得了高效表达,利用获得重组蛋白LuxS和Pfs体外催化SAH,获得了AI-2分子,其浓度为200μmol/L,对其活性检测显示为阴性对照DH5α的61倍。提示奶牛隐性乳房炎致病性大肠杆菌E285的LuxS和Pfs蛋白在体外能催化SAH产生高活性的AI-2。为深入研究AI-2对E285的毒力基因表达、生物被膜形成的调控奠定基础。

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]。

影响禽致病性大肠杆菌信号分子AI-2产生的因素分析

【目的】探讨禽致病性大肠杆菌(Avian Pathogenic Escherichia coli,APEC)在不同生长时期和不同培养条件下,信号分子AI-2(Autoinducer-2,AI-2)的合成与luxS和pfs的转录水平之间的关系。【方法】利用哈维弧菌BB170(vibrio harveyi BB170)检测不同生长时期和不同培养条件下APEC的AI-2活性。同时利用Real-time PCR检测APEC不同生长时期和不同培养条件下luxS和pfs的转录水平。【结果】APEC在不同生长时期的AI-2活性与luxS的转录水平保持一致。培养基中加入葡萄糖,麦芽糖和NaCl后,AI-2活性和luxS转录水平都上调,加入蔗糖后则都下调,两者保持一致性。AI-2活性与pfs的转录水平则并不一致。【结论】APEC的AI-2产生水平与luxS的转录水平有高度的相关性,而与pfs的转录水平没有显著相关性;葡萄糖、麦芽糖和NaCl,促进AI-2的合成。

嗜水气单胞菌ATCC7966 luxS基因缺失株构建及特性研究

目的研究群体感应信号分子AI-2合成酶编码基因luxS对嗜水气单胞菌ATCC 7966生理特性及毒力因子的影响。方法利用同源重组原理,构建含有中间为卡那霉素抗性基因,两侧为luxS基因上、下游同源序列片段的基因敲除质粒,将构建好的质粒转化大肠埃希氏菌SM 10(λpir)感受态细胞,利用接合法将质粒转入嗜水气单胞菌ATCC 7966,通过抗性筛选、PCR和DNA测序确认嗜水气单胞菌luxS基因缺失突变株。比较野生株ATCC 7966和luxS基因缺失突变株生长速度、AI-2合成、胞外蛋白酶合成及生物膜形成的差异。结果嗜水气单胞菌luxS基因缺失突变株ΔluxS构建成功。与野生株相比,突变株生长周期延长,基本丧失合成AI-2和胞外蛋白酶的能力;突变株生物膜形成能力降低,生长24h时生物膜形成能力为野生株的14.5%,36h时生物膜形成能力为野生株的60.0%,突变株生物膜形成速度明显比野生株缓慢,结构更为疏松。结论 luxS基因参与调控嗜水气单胞菌的生长、AI-2合成和毒力因子表达,本研究为进一步研究luxS基因在嗜水气单胞菌致病性中发挥的作用奠定基础。

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。

luxS基因介导乳酸菌益生特性研究进展

一些乳酸菌具有高肠道耐受性、高粘附肠上皮细胞和产具有抑菌活性的细菌素等益生特性。某些乳酸菌的细菌素合成量、耐受性及黏附特性可以被诱导物-2(autoinduction-2,AI-2)提高,AI-2是通过甲基循环合成的一种信号分子。lux S基因可以编码合成Lux S蛋白,而Lux S蛋白是AI-2合成的关键酶,因此展开对lux S在细菌素合成量和耐受性、黏附特性方面的作用研究具有重要意义。该文通过讨论lux S基因在乳酸菌益生特性的研究现状,提出该研究领域中存在的问题以及发展趋势,从而为提高乳酸菌的益生特性提供理论依据。

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。

响应面法优化信号分子AI-2合成蛋白LuxS表达条件

群体感应是一种由自诱导物(autoinducers,AIs)介导的、细菌密度依赖的基因表达调控方式,已经被证实参与细菌多种生理功能的调控.信号分子AI-2介导的LuxS/AI-2型群体感应系统广泛存在于革兰氏阳性和阴性细菌,并备受关注.AI-2的合成依赖于S-核糖同型半胱氨酸酶(LuxS)的催化作用,而LuxS蛋白则是由luxS基因经过转录、翻译得到的.为了探索LuxS蛋白在表达菌株Escherichia coli BL21(DE3)中的最佳表达条件,从而获得较高产量且具有一定的生物活性的LuxS蛋白.首先对LuxS蛋白结构进行预测,确定E.coli BL21(DE3)作为表达菌株.其次,在单因素优化的基础上,进一步通过响应面法优化LuxS蛋白的表达条件.在菌液浓度OD 600为0.5、诱导温度为37℃、IPTG浓度为0.5 mmol/L、诱导时间为31 h条件下,获得LuxS蛋白的最高表达量.研究成功优化了LuxS蛋白在E.coli BL21(DE3)中的诱导表达条件,获得了具有生物活性的LuxS蛋白,并在后续的研究中成功合成了具有生物活性的信号分子AI-2,为体外合成AI-2奠定了基础.