微生物群体感应系统讲课稿
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生命科学学院 College of Life Science
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级联放大的正反馈效应
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• 自诱导分子：脂肪酰基高丝氨酸内酯(acyl homoserine lactones，AHL) AHL可自由出入于细胞内外
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。
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哈维氏弧菌
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QS系统的特点—多样性
不同种属群 间的竞争
细菌的 运动
生命科学学院 College of Life Science
一、调控细菌毒力
生命科学学院 College of Life Science
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
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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
常见的AHL分子及其功能
生命科学学院 College of Life Science
多套QS系统相互作用—铜绿假单胞菌
自身诱导调 控系统
las系统
rhl系统
PQS系统
外源诱导调 控系统
毒力基 因表达 和生物 被膜形
成
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铜绿假单胞菌的群体感应系统
群体感应
种内QS系统 种间QS系统
G-菌QS系统 G+菌QS系统
生命科学学院 College of Life Science
一、G-菌QS系统—LuxI-AHL型QS系统
生命科学学院 College of Life Science
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
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三、调控生物被膜形成
生命科学学院 College of Life Science
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
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金黄色葡萄球菌的群体感应系统
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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
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群体感应 (quorum sensing, QS)
群体感应系统
自诱导分子 （autoinduc
er, AI）
概念
生命科学学院 College of Life Science
第一节 群体感应的分子机制
（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
(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
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第二节 群体感应ห้องสมุดไป่ตู้生物效应
生物 发光
抗生素 合成
孢子 形成
生物被膜 形成
毒力因子 的诱导
致病因子 的产生
细菌与宿 主的斗争
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二、G+菌QS系统—AIP-TCS三组分系统
生命科学学院 College of Life Science
• 信号分子 ：AIP（autoinducing peptides，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AIP • AIP通过细胞膜的方式： ABC 转运系统
• 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
生命科学学院
College of Life Science
生命科学学院 College of Life Science
常见的AHL分子及其功能
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微生物群体感应系统
生命科学学院 College of Life Science
群体感应的发现
①1970年，Nealson等首次发现费氏弧菌（Vibrio fischeri）的生物发光现象
②1983年，Engebrecht等找到了费氏弧军群体感应 的相关基因和基本模型。
③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
• 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。
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级联放大的正反馈效应
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• 自诱导分子：脂肪酰基高丝氨酸内酯(acyl homoserine lactones，AHL) AHL可自由出入于细胞内外
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。
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哈维氏弧菌
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QS系统的特点—多样性
不同种属群 间的竞争
细菌的 运动
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一、调控细菌毒力
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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
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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
常见的AHL分子及其功能
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多套QS系统相互作用—铜绿假单胞菌
自身诱导调 控系统
las系统
rhl系统
PQS系统
外源诱导调 控系统
毒力基 因表达 和生物 被膜形
成
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铜绿假单胞菌的群体感应系统
群体感应
种内QS系统 种间QS系统
G-菌QS系统 G+菌QS系统
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一、G-菌QS系统—LuxI-AHL型QS系统
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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
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三、调控生物被膜形成
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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
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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
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群体感应 (quorum sensing, QS)
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自诱导分子 （autoinduc
er, AI）
概念
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第一节 群体感应的分子机制
（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
(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
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第二节 群体感应ห้องสมุดไป่ตู้生物效应
生物 发光
抗生素 合成
孢子 形成
生物被膜 形成
毒力因子 的诱导
致病因子 的产生
细菌与宿 主的斗争
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二、G+菌QS系统—AIP-TCS三组分系统
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• 信号分子 ：AIP（autoinducing peptides，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AIP • AIP通过细胞膜的方式： ABC 转运系统
• 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
生命科学学院
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常见的AHL分子及其功能
生命科学学院 College of Life Science
微生物群体感应系统
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群体感应的发现
①1970年，Nealson等首次发现费氏弧菌（Vibrio fischeri）的生物发光现象
②1983年，Engebrecht等找到了费氏弧军群体感应 的相关基因和基本模型。
③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
• 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。