群体感应.ppt

群体感应概述,目录,1.1 发现,20世纪70年代 海洋细菌费氏弧菌(Vibrio fiscberi)和哈氏弧菌(V . harveyi) 生物发光现象 与海生动物共生，宿主利用其发出的光捕获食物、躲避天敌以及寻觅配偶，而 V. fiscberi也获得了一个营养丰富的生存环境 费氏弧菌LuxI-LuxR型 QS系统,1.2 概念,群体感应(quorum sensing，QS)是指细菌通过感知分泌到环境中自诱导物浓度的变化来调整基因表达，增强其在复杂环境中的生存能力，是细菌行为社会化的体现。研究者对群体感应的微生态调控机制进行了深入的探讨，包括自诱导物的合成、运输和对目的基因的表达调控，以及各信号通路之间的竞争关系对细菌适应环境的影响。,群体感应,群体感应（QS）广泛存在于细菌中,是细菌根据细胞密度变化调控基因表达的一种机制。,2. 分类,种间QS系统,G-菌QS系统,G+菌QS系统,种间QS系统,种内QS系统,群体感应,2.1 G-菌QS系统,革兰氏阴性菌QS系统（LuxI- LuxR型）模式图,信号分子,AHL（酰基高丝氨酸内酯类物质 ，Acyl-homoserine lactone) 革兰氏阴性细菌( G-菌 )QS系统中常用的信号分子 DKP（二酮哌嗪类化合物） P. aeruginosa、 荧光假单胞菌(P. f luorescens)、 产碱假单胞菌 (P.alcaligenes)、 成团肠杆菌 (Enterobacter agglomerans )和弗罗因德枸橼酸杆菌 ( Citrobacter f reundii ) p-coumaroyl-HSL(香豆酸酰高丝氨酸) 光合作用细菌(Rhodopseudomonas palustris),2.2 G+菌QS系统,革兰氏阳性菌QS系统模式图,2.3 种间的QS,信号分子 AI-2(呋喃酰硼酸二酯类化合物) 此类信号分子在G+菌和 G-菌中均可存在； 细菌识别AI- 2 分子的方式与革兰氏阳性菌中双组分识别系统一致, 即双组分激酶识别 AI-2分子后把磷酸化基团传递给受体蛋白并启动相关基因的表达。,3. QS系统的特点,多样性 （1）信号分子的多样性 （2）分布的多样性 细菌种内、 种间，细菌与植物、 动物间 （3）信号分子产生机制的多样性 G-菌信号分子合成酶，G+菌前体，经蛋白酶切割 （4）信号分子运输的多样性 G+菌ABC转运系统，G-菌直接透过细胞膜 （5）信号响应的多样性 G+菌双组分信号转导系统; G-菌受体蛋白,复杂性 (1)信号分子功能的复杂性 有的 QS系统中的信号分子不仅作为环境信号，而且具有其它功能，如某些乳酸菌中的 QS系统的信号分子具有抗菌活性 (2)系统组成的复杂性 在 V. harvey i中发现了一个与众不同的 QS系统，该系统信号分子产生系统与 G-菌相似，而信号分子的识别则与 G+菌相似,(3)不同 QS系统之间关系的复杂性 多种 QS系统构成复杂的调控网络，P.aeruginosa中含有两个 QS系统， 即 LasI/LasR和 RhlI /RhlR 系统，前者调控致病因子的生物合成， 并产生大量的AHLs ， 进而诱导 RhlI/RhlR信号系统,4 .1群体感应的应用,群体感应参与调控细菌的多种生活习性以及各种生理过程,1.生物发光、 质粒的接合转移、 生物膜与孢子形成、细胞分化、运动性、胞外多糖形成等,2.致病菌的毒力因子的诱导、 细菌与真核生物的共生、 抗生素与细菌素合成、根瘤菌的结瘤等,在生物膜法水处理中的应用,(1)启动挂膜 启动阶段的挂膜是生物膜法处理污水上艺正常运行的关键和难点然而，通过于预群体感应凋控系统，可以捉高细菌黏附到固体表而的速度和效率在生物膜挂膜启动阶段，向系统中投加某些信号分子的拮抗物或结构类似物来干扰细菌的群体感应过程，从而可以达到提高挂膜速度和效率的目的,(2)菌群优化 在生物膜法水处理工艺中，生物膜系统中各生物之间的数量比例和相互作用决定了工艺对小同污染物的去除效率通过增强或减弱群体感应信号分子浓度来强化或弱化某些种群，优化生物膜的群落组成及结构，进而可以提高该工艺埘特定污染物的去除效果。,(3)生物强化 投加某些QS信号物质,可以促进携带降解基因的质粒在整个系统中的转移和扩散,从而达到维持和强化生物膜系统对特定污染物有效降解的目的。,4.2群体感应的研究进展,1.在抗菌剂生产方面，目前对沙雷菌属中内酰胺类抗菌剂碳青霉烯的产生已经有了比较透彻的研究，但是因为得到的信号分子和抗菌剂产量均比较少，无法准确地定量检测，以致信号分子对抗菌剂产量的影响没有量化，如果能够弄清楚群体感应系统与抗菌剂间的关系，那么在抗菌剂生产方面必将有一个大的飞跃。,2.另外，群体感应系统也在于真菌中，比如白色念珠菌、新生隐球菌等，但人们是对真菌中的群体感应系统研究还比较浅，尤其是对真菌群体感应系统的效应分子、效应分子受体、靶蛋白、相关信号转导通路以及靶基因的调控等方面的研究有待进一步深入。,3.最近，一种被称为LED209的分子被发现能够抑制QseC介导的致病基因激活及诸如EHEC、鼠伤寒沙门菌和土拉弗朗西斯菌等细菌在活体哺乳动物体内所产生的不