微生物群体感应系统

微生物群体感应系统第1页/共36页第四章微生物群体感应系统第2页/共36页内容123群体感应的分子机制群体感应的生物效应

群体感应的应用第3页/共36页群体感应的发现1970年，Nealson等首次发现费氏弧菌（Vibriofischeri）的生物发光现象1983年，Engebrecht等找到了费氏弧军群体感应的相关基因和基本模型。群体感应的研究从发光现象扩展到生物被膜形成、分泌毒力因子等其他领域第4页/共36页第5页/共36页细菌分泌一种或几种小分子量的化学信号分子来促进细胞间的交流和合作，协调群体行为，行使单个细胞无法完成的功能或社会行为，这种现象称为群体感应。群体感应(quorumsensing,QS)指细菌在种内或种间，通过化学信号分子彼此感知、交流、相互协调的一种机制，其核心包括信号分子的产生、传递、识别和调控应答几个环节。群体感应系统Autoinducersarechemicalsignalingmoleculesthatareproducedandusedbysametypeofbacteriaparticipatinginquorumsensing.自诱导分子（autoinducer,AI）概念第6页/共36页第一节群体感应的分子机制群体感应种内QS系统种间QS系统G-菌QS系统G+菌QS系统第7页/共36页一、G-菌QS系统—LuxI-AHL型QS系统第8页/共36页细胞达到一定密度，信号分子接近浓度阈值信号分子通过细胞膜的方式：自由扩散第9页/共36页第10页/共36页级联放大的正反馈效应第11页/共36页自诱导分子：脂肪酰基高丝氨酸内酯(acylhomoserinelactones，AHL)AHL可自由出入于细胞内外AI合成蛋白：LuxI蛋白酶，可催化带有酰基的载体蛋白的酰基侧链与S-腺苷蛋氨酸上的高丝氨酸结合生成AHL受体：LuxR蛋白，AHL与IuxR蛋白的结合是浓度依赖型的。没有AHL的情况下，LuxR是无活性的，而且很快被降解掉。AHL-LuxR复合物作为转录因子，激活目标基因的表达；还可激活LuxI的表达，形成级联放大的正反馈效应。不同革兰阴性菌的LuxI—AHL型QS系统有所差别，其AHL类自诱导剂都是以高丝氨酸为主体，差别只是酰基侧链的有无及侧链的长短不同第12页/共36页第13页/共36页常见的AHL分子及其功能第14页/共36页常见的AHL分子及其功能第15页/共36页多套QS系统相互作用—铜绿假单胞菌las系统rhl系统PQS系统自身诱导调控系统外源诱导调控系统毒力基因表达和生物被膜形成第16页/共36页铜绿假单胞菌的群体感应系统第17页/共36页二、G+菌QS系统—AIP-TCS三组分系统第18页/共36页信号分子：AIP（autoinducingpeptides，自诱导肽）AIP前体肽经转录后的一系列修饰加工，在不同细菌中形成长短不同、稳定、特异的AIPAIP通过细胞膜的方式：ABC转运系统第19页/共36页金黄色葡萄球菌的群体感应系统第20页/共36页三、种间QS系统—AI-2介导的通信信号分子：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；费氏弧菌的AI-2受体是周质结合蛋白LuxP

AI-2的产生依赖于一种LuxS蛋白质细菌识别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。第21页/共36页哈维氏弧菌第22页/共36页第23页/共36页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

第24页/共36页QS系统的特点—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.harveyi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，如P.aeruginosa中含有三个QS系统第25页/共36页第二节群体感应的生物效应生物发光生物被膜形成致病因子的产生抗生素合成孢子形成细菌的运动毒力因子的诱导不同种属群间的竞争细菌与宿主的斗争第26页/共36页一、调控细菌毒力第27页/共36页二、对宿主的侵袭和定植霍乱弧菌：菌体少量时，有利于早期定植，之后细胞密度增大，信号分子浓度增高，HapR表达，有利于病原菌的释放第28页/共36页三、调控生物被膜形成第29页/共36页1、黏附期：浮游细菌，可逆2、定植期：分泌胞外基质，微菌落3、生长期：微菌落融合，向上生长4、成熟期：蘑菇状，并含有液体通道5、播散期：生物被膜的脱落、蔓延和释放浮游状细菌第30页/共36页群体感应对铜绿假单胞菌生物被膜形成的调控突变体所形成的生物膜比较薄，并且对生物灭菌剂十二烷基磺酸钠(SDS)的抵抗作用显著降低第31页/共36页四、细菌群集运动群集运动是指细菌以群体方式在培养基表面由接种点向周围进行的依赖鞭毛的迁移运动。QS通过调控鞭毛操纵子flhdc而调节细胞群集运动细胞群集决定了FIHDC蛋白的活化，是全面调节鞭毛和运动相关的趋化作用基因第32页/共36页第三节群体感应的应用一、病原菌的诊断根据OS信号分子的特异性：是否产生、种类、环境信号分子的消长变化物理学的检测手段和微生物传感菌检测第33页/共36页二、新的抗菌策略（1）降解信号分子：产生可以使AHL分子灭活的AHL降解酶,使病原菌QS系统不能启动它所调控的基因芽胞杆菌中水解AHL的内酯酶AiiA；根癌土壤杆菌中内酯酶AtM（2）使用信号分子类似物：产生病原菌信号分子的类似物与信号分子受体蛋白竞争结合,从而阻断病原菌的QS系统

卤代呋喃酮更容易结合在LuxR蛋白并使其失活（3）阻断信号分子的合成

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