细菌群感应系统(Quorum sensing system,QS系统)及其信号分子

摘 要:

长期以来,人们一直认为只有在多细胞生物体中才存在细胞与细胞之间的信息交流,而细菌与细菌之间并没有信息交流。但后来发现细菌与细菌之间也存在着信息交流,即细菌群体感应系。目前细菌群体感应系统已经成为微生物界的热点问题。介导细菌群体效应的信号分子大致可以分为3类酰基高丝氨酸内酯类、寡肽类和呋喃酰硼酸二酯。

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长期以来,人们一直认为只有在多细胞生物体中才存在细胞与细胞之间的信息交流,单细胞的细菌仅仅只是执行着单纯的个体行为,细菌与细菌之间并没有信息交流。

上世纪60年代,有人在对一种海洋鱼类的共生菌—费氏弧菌的发光现象的研究中发现,细菌的这种生物发光现象与该细菌的密度变化有关。当细菌达到一定的浓度的时候,细菌会发光,有利于该鱼类的捕食、觅偶和躲避天敌,同时,此鱼类也可以为细菌提供一个营养丰富的生活环境。这是人们首次发现在细菌之间也存在着信息的交流。

后来近20年里,有一些关于细菌群体行为的零星报道,但是由于当时研究技术的限制,人们认为细菌的群体感应调节仅仅只是某种细菌的特异行为。到90年代,自Bassler等对哈氏弧菌的研究后才真正的启动了细菌群体感应调控系统的研究。在以后的研究中发现,不管是在革兰氏阴性还是在革兰氏阳性细菌中,都存在着细菌之间信息的交流,甚至还存在细菌种间的信息交流。进入21世纪,细菌群体感应系统已经成为微生物界的热点问题。

细菌群体感应系统又被称为群感知系统,这个概念是1994年由Fuqua等首先提出的。又称细菌QS系统,即Bacterial Quorum-sensing System,细菌根据特定信号分子自体诱导剂的浓度变化可以监测周围环境中自身或其它细菌的数量变化,当信号分子达到一定的浓度阈值时,能启动菌体中相关基因的表达来适应环境中的变化,这一调控系统被称为细菌的群体感应调节系统,这一效应又称为自体诱导现象。

细菌群体感应系统介导着多种生物效应,如费氏弧菌和哈氏弧菌生物发光,金黄葡萄球菌毒素的产生,胡萝卜软腐欧文氏菌抗菌素卡巴酚及胞外酶的产生,铜绿假单胞菌毒素A及弹性蛋白酶产生,根瘤土壤杆菌Ti质粒转移因子的产生,目前备受关注的生物膜的形成等,均受细菌群体感应系统的调控。

介导细菌群体效应的信号分子被称为自体诱导剂,也有称之为信息素。信号分子大致可以分为3种类型:革兰氏阴性菌信号分子:酰基高丝氨酸内酯类物质(acylated homoserine lactones,AHLs);革兰氏阳性菌信号分子:寡肽类物质(oligopeprides,AIPs);在革兰氏阴性细菌和革兰氏阳性细菌中均存在的信号分子:呋喃酰硼酸二酯(Ruranosyl borate diester,即AI-2)。此外,在个别细菌中还存在着其他的信号分子。

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