金黄色葡萄球菌群体感应、双组分系统与第二信使的调控互作研究进展

金黄色葡萄球菌(简称金葡菌)是一种广泛存在且常见的食源性微生物,可引发食物中毒以及多种感染,是影响人类健康的重要病原菌。在金葡菌中存在多种复杂的调控机制如群体感应(quorum sensing,QS)与双组分系统(two-component systems,TCSs)以及第二信使。本文首先描述金黄色葡萄球菌中几种QS系统的特征及其对生物被膜形成能力、致病性和耐药性的影响;然后,总结各种TCSs在金黄色葡萄球菌中的作用,以及QS和TCSs之间的不同相互作用,还讨论第二信使的功能,包括它们分别与QS和TCSs的相互作用;最后,提出寻求QS和TCSs新型控制策略的前景,包括设计干扰QS和TCSs信号传导的药物,开发QS信号抑制剂,探索天然产物中的活性成分,以及使用纳米技术制备靶向性更强的药物。此外,本文还强调两个重要的未来研究方向:加强生物被膜控制和深入研究细菌耐药机制。

禽致病性大肠埃希氏菌生物被膜形成的调控机制研究进展

禽致病性大肠埃希氏菌能够引起禽类感染性细菌病,给禽类养殖业造成了重大的经济损失,并严重限制了禽类养殖业的健康发展。为了了解禽致病性大肠埃希氏菌的感染机制,论文简述了生物被膜的形成过程及其危害。细菌生物被膜的形成不但增强细菌对抗菌药物的耐药性,而且导致宿主持续和反复性感染,同时还很难被预防、控制和清除。论文还分析了普遍存在于各类细菌中的重要调控系统——群体感应、双组份系统和第二信使的信号转导途径及其调控机制,并阐述了群体感应、双组份系统和第二信使以及两系统间的互作网络对细菌生物被膜的影响。因此,了解多系统共同调控生物被膜形成的分子机制或许可以作为破坏生物被膜形成的新策略,从而为控制由生物被膜引起的感染和抗菌药物耐药性提供研究方向。

细菌群体感应系统的研究

群体感应是细菌根据细胞密度变化进行基因表达调控的一种生理行为。细菌通过群体感应与周围环境进行信息交流,参与多种生理过程。就细菌群体感应系统的组成、作用机制、类型、特点及细菌中群体感应的最新进展作以综述。

反刍家畜瘤胃微生物群体感应

群体感应(quorum-sensing,QS)是一种微生物细胞间的通讯机制,微生物通过分泌信号分子来感知细胞(群体)密度,并在信号分子达到一定浓度时,通过调节特定基因的表达来调控群体内微生物众多生理生化过程的行为。研究发现群体感应广泛存在于微生物界,并在调控微生物间的共生或竞争中发挥了重要作用。反刍家畜瘤胃适宜的环境(如恒定的温度、pH及充足的养分)为众多微生物的生长提供了良好条件,同时,这些瘤胃微生物在对营养物质进行降解时存在着复杂的共生、竞争关系。目前,研究人员经研究证实反刍家畜瘤胃微生物同样具有群体感应,本文对反刍家畜瘤胃微生物群体感应的研究进展进行了综述,并对今后该领域的研究作出了展望。

细菌天然密度感应系统抑制剂的研究进展

细菌密度感应系统(QSS)与细菌的生物膜形成和毒力等生物学特性息息相关。细菌相互间通过QSS交换信号分子实现其信息交流,而阻断细菌间的信号传导,可达到抑制或减少细菌感染的目的。近年来人们发现了多种天然抑制剂,可干扰QSS的传导回路。本文就细菌QSS及其天然抑制剂等研究进展作一综述。

双组分信号传导系统与变异链球菌的致病相关特性

双组分信号传导系统(TCSTS)在变异链球菌感受态形成、生物膜形成、结构稳定、菌素产生、产酸耐酸特性等毒力因子表达方面起着重要的作用,为其在菌斑生物膜中的竞争和生存提供了诸多生态性优势。本文就变异链球菌TCSTS的组成、TCSTS对变异链球菌致病相关特性的影响、TCSTS的应用意义等作一综述。

温度响应的细菌生理生化特性调控研究进展

针对细菌对温度变化响应呈现的生理生化特性变化,总结了细胞内作为温度感应元件DNA、RNA及蛋白质分子如何响应温度变化,以及细胞调控生理生化特性的机制。重点介绍了典型的温度响应双组分系统的组成、结构及调控方式,如铜绿假单胞菌PG1480的CorS/CorR双组分系统响应温度的刺激调控细胞基因的表达,枯草芽胞杆菌的DesK/DesR双组分系统响应外界温度变化,调节编码脂肪酸去饱和酶基因des的表达,以及在嗜麦芽单胞菌中发现的LotS/LotR双组分系统,调控低温响应蛋白酶的表达。同时总结c-di-GMP作为第二信使参与温度响应双组分调控的机制;提出研究的热点问题和关键技术以及建议的研究策略。

黄单胞菌毒性因子调控的研究进展

黄单胞属植物病原细菌寄主非常广泛,能引起许多种重要经济作物发生病害。黄单胞菌在寄主组织内的侵染和繁殖取决于分泌的多糖、脂多糖、吸附素和III型分泌系统等毒性因子。细菌毒性因子的协调表达是通过群体感应途径、双组分系统和Clp、Zur、FhrR、HrpX和HpaR等转录后调控因子精细调控的。此外,毒力基因表达还受RNA结合蛋白RsmA转录后控制。在本综述中,我们对黄单胞菌控制分泌毒性因子的调控网络的研究进展进行了概括。

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。

信号分子AI-2通过密度感应系统促进铜绿假单胞菌生物被膜形成和毒力因子产生

目的研究信号分子AI-2对铜绿假单胞菌(P.aeruginosa,P.a)野生株(PAO1)及其密度感应(quorum sensing,QS)系统基因lasR/rhlR缺失株(ΔlasRΔrhlR)生物被膜(biofilm,BF)形成和毒力因子产生的影响。方法以PAO1和PAO1 LasRrhlR QS基因敲除菌株(P.aΔLasRΔrhlR)建立生物被膜模型后分4组进行实验:单独PAO1组、AI-2+PAO1组、单独P.aΔLasRΔrhlR组、AI-2+P.aΔLasRΔrhlR组。结晶紫染色测量各组细菌生物被膜量;激光共聚焦显微镜观察BF形成;K-B纸片扩散法行药敏实验;氯仿萃取法、刚果红法分别测定不同组产生毒力因子绿脓菌素和弹性蛋白酶的量或者活性。结果AI-2的作用后,AI-2+PAO1组生物被膜形成、毒力因子的产生都显著高于单独PAO1组,抗生素抑菌圈直径显著小于单独PAO1组(P<0.05)。P.aΔLasRΔrhlR组生物被膜形成、毒力因子的产生都显著低于PAO1组,抗生素抑菌圈直径显著大于PAO1组(P<0.05)。而单独P.aΔLasRΔrhlR与AI-2+P.aΔLasRΔrhlR两组相比,其生物被膜形成、毒力因子的产生和抗生素抑菌圈直径无明显差异(P>0.05)。结论AI-2通过P.a QS系统表达促进其BF形成、毒力因子的产生。

生物被膜初始黏附调控机制及其在食品品质控制中的应用研究进展

生物被膜态是细菌在自然界中主要的存在形式。细菌的初始黏附开启了生物被膜形成的生命周期。初始黏附是浮游态细菌在细菌元器件、胞外聚合物等因素的影响下,吸附于生物或非生物表面并开始形成生物被膜的过程。细菌的初始黏附受到多种调控系统的影响,因此,对相关调控系统进行深入研究具有重要的意义。本文对环二鸟苷酸、双组分调控系统和群体感应系统3个主要影响细菌初始黏附的调控系统进行综述,并介绍这些调控系统调控细菌初始黏附作用的机制,同时对从控制初始黏附角度保证食品品质进行总结和展望。本文可为控制细菌生物被膜危害食品品质提供理论依据,对促进食品产业发展具有一定的现实意义。

PAO1及其突变菌株对诱导巨噬细胞产生抗菌肽LL-37的作用

目的研究铜绿假单胞菌野生菌株PAO1和单、双突变菌株(PA-△lasI、PA-△rhlI、PA-△lasI/rhlI)诱导巨噬细胞产生抗菌肽LL-37的作用及影响。方法采用免疫磁珠法分选人外周血CD14^+单核细胞,经重组人粒-单核细胞集落刺激因子诱导分化为巨噬细胞,以不同浓度的PAO1、PA-△lasI、PA-△rhlI、PA-△lasI/rhlI处理巨噬细胞,ELISA法检测不同作用时间下巨噬细胞产生LL-37的浓度。结果 ELISA显示不同浓度PAO1、PA-△lasI、PA-△rhlI、PA-△lasI/rhlI诱导巨噬细胞在12 h开始分泌抗菌肽,呈诱导性表达,24 h或48 h达高峰,72 h下降逐渐消失,呈现剂量-时间依赖性,以PA-△lasI/rhlI∶巨噬细胞=100∶1时LL-37最高,达到(1.631 2±0.277 0)ng/m L。结论抗菌肽LL-37呈诱导性表达,具有时间依赖性和浓度依赖性。双突变菌株更利于巨噬细胞产生LL-37,逃逸宿主免疫防御,进而影响机体免疫系统对铜绿假单胞菌的清除作用。

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。

食源性副溶血性弧菌生物被膜调控机制的研究进展

副溶血性弧菌是一种广泛存在于海产品中并可引起人类急性肠胃炎的食源性致病菌,极大地危害人类身体健康。生物被膜是细菌面对极端环境而产生的一类抗逆性极强的形态,且对抗生素及机体免疫力有着天然的抵抗能力,普通的消毒手法不能完全将其除尽。当副溶血性弧菌形成生物被膜之后,会对人体健康和食品工业造成更加严重的危害。本综述主要从环二鸟苷酸、群体感应系统和双组分系统3个调控因素来阐述影响副溶血性弧菌生物被膜形成的相关信号分子,重点对形成过程中的信号分子调控机制进行概述,这对进一步揭示以上几种调控因素调控生物被膜形成的机制十分必要。以期为食品安全、微生物防控等提供理论基础,有助于探究副溶血性弧菌生物被膜的控制方法。

群体感应QseB/QseC系统对外界环境变化的响应机制

细菌群体感应(quorum sensing,QS)是一种细菌种群之间和与环境之间的相互作用机制,不仅可以评估其自身物种的种群密度,还可以评估给定环境中其他细菌物种的种群密度,是维持细菌感知并响应环境变化的重要协调途径。编码鞭毛表达和组装以及运动性的基因是潜在的毒力相关因子,受细菌种群密度调节,利用群体感应激活。QseB/QseC双组分系统是参与鞭毛和运动基因调节的群体感应调节级联反应的一个重要组成部分。本文综述了细菌群体感应系统的种类及其作用,将近年来有关QseB/QseC双组分系统介导的群体感应系统结构功能、QseB/QseC信号转导调控机制以及QseB/QseC双组分系统在调控细菌致病性、生物膜形成、鞭毛运动性等方面所发挥的作用进行整理、归纳和总结,并对目前研究不足的地方作出了展望,希望能找出下一个研究的方向。对QseB/QseC信号系统介导的群体感应机制的深入研究,不仅为解决细菌耐药及致病机制等问题提供新思路,还可能为开发疫苗和药物提供新靶点。

口腔变形链球菌感受态刺激因子的蛋白合成及活性检测

目的探讨口腔变形链球菌(S.mutans)密度感应系统信号蛋白的体外合成及其生物活性。方法采用化学合成法口腔S.mutans密度感应感受态刺激因子(CSP)信号蛋白,通过高效液相色谱仪纯化合成蛋白,质谱分析结构,通过扫描电镜对比观察CSP信号蛋白对S.mutans生物膜形成的影响,分析CSP信号蛋白的生物活性。结果化学合成纯化S.mutans CSP蛋白分子,加入CSP信号肽后,S.mutans生物膜呈团状密集分布,细菌之间存在厚实的黏性胞外分泌物,细菌黏连呈链团状。结论成功合成口腔S.mutans CSP信号蛋白,该蛋白肽具备促进S.mutans生物膜形成的生物活性。

致病菌生物被膜形成的调节机制及潜在的药物靶标

自然界的细菌群落往往形成生物被膜。生物被膜的形成是一个连续而复杂的过程,受到多种因素的调控。现在研究得比较清楚的是细菌双组分系统和群体感应系统。生物被膜对多种病原菌的毒力有重要影响。因此,针对细菌生物被膜形成过程中的关键因子设计药物具有重要意义,可能发现全新的治疗方法。

乳酸菌的群体交流

乳酸菌广泛应用于食品、医药、饲料和轻工等多个领域,其中某些菌种是重要益生菌。群体感应是细菌进行菌间交流及对外界环境变化作出反应的重要机制。乳酸菌通过特定的信号分子感知菌群密度的变化,协同细胞之间的行为,调节特定基因表达。本文就乳酸菌群体感应系统的发现、组成、作用机制及最新进展作一综述。

细菌脂肪酶基因表达调控的研究进展

微生物脂肪酶是商品化脂肪酶的主要来源,广泛应用于食品、饮料、油脂、洗涤剂、饲料、纺织、皮革、新型材料、精细化工、医药、化妆品、造纸、污染治理、生物能源等工业领域。与真菌脂肪酶相比,细菌脂肪酶催化反应的类型更多、活性更高、稳定性更好,其中又以假单胞菌属(Pseudomonas)脂肪酶的性能最为优越。截至目前,常规育种、培养基和发酵条件优化等策略均不能从根本上解决细菌脂肪酶产量低的问题,而阐明其基因表达调控的分子机制、筛选主效调控因子、构建同源表达基因工程菌是解决问题的有效办法。本文从直接调控因子、群体感应系统、Gac/Rsm信号转导系统、调控Gac/Rsm信号转导系统的调控因子、其他调控因子等方面,对细菌脂肪酶基因表达调控的研究进展进行了评述;结合作者的相关研究结果,对该领域的研究前景进行了展望,以期为基因工程菌的构建提供有益参考。

病原菌群体感应系统的研究进展

群体感应是细菌间依赖细胞密度的一种信息传递方式。细菌通过合成、分泌信号分子感知细菌群体密度，从而控制整个细菌群体行为。目前已在许多革兰阴性菌、革兰阳性菌和真菌中发现群体感应系统，对群体感应系统信号分子结构、信号传导通路进行大量研究后，发现其与细菌生物膜形成、生成分泌毒力因子密切相关。本文就以典型的铜绿假单胞菌、金黄色葡萄球菌、哈氏弧菌、白色念珠菌为例，对群体感应系统相关机制及研究进展予以综述。