群体感应.
微生物生理学(王海洪)9细菌的群体感应调节PPT课件
通过药物或其他小分子抑制与信号转 导相关的蛋白活性，可以阻断信号转 导途径，从而干扰群体感应的调控。
05 群体感应的研究前景与展 望
群体感应与其他微生物的相互作用
群体感应细菌与病原菌的相互作用
群体感应细菌通过群体感应系统调节其行为，与病原菌相互作用，影响病原菌的感染和 传播。
群体感应细菌与益生菌的相互作用
群体感应的信号转导
信号转导
群体感应的信号转导是指信号分子与受体结合后，通过一系列生化反应，将信号传递至细胞内，影响细菌的生理和行 为。
信号转导途径
群体感应的信号转导途径通常涉及多个蛋白和反应，如激酶、磷酸酶、转录因子等。这些蛋白和反应共同作用，将信 号分子传递的信息转化为细菌可识别的信号，进而影响其行为。
益生菌通过与群体感应细菌的相互作用，可以调节肠道微生物群落的结构和功能，维护 肠道健康。
群体感应与环境因素的关系
要点一
温度、湿度等环境因素对群体感 应细菌的影响
环境因素可以影响群体感应细菌的生理和行为，进而影响 其在生态系统中的作用。
要点二
抗生素对群体感应的影响
抗生素的使用可以影响群体感应细菌的耐药性和致病性， 因此需要深入研究抗生素对群体感应的影响。
AI-2
又称作LuxS代谢产物，是一种由多种革兰氏阴性菌和阳性菌分泌的信号分子。AI-2通过 与 LuxP 受体结合，影响细菌的群体行为。
群体感应的受体
LuxQ
是一种膜蛋白，作为AI-1的受体，能够识别并响应AI-1信号 分子。LuxQ受体的活化可以影响细菌的群体行为。
LuxP
是一种膜蛋白，作为AI-2的受体，能够识别并响应AI-2信号 分子。LuxP受体的活化可以影响细菌的群体行为。
QS
信息素的抗生素活性
有些细菌产生的信息素兼有抗生素的双重活性。如 Lactococcus lactis（乳酸乳球菌 ）产生的乳链菌素 nisin不但作为信息素调节细胞生物合成和免疫基因的表 达，也作为抗生素拮抗其它微生物。
三、细菌信号分子的调大多数G-菌有着相似的调节机制，通常以V. fischeri 的生物发光调节系统LuxI-LuxR为基本模型， 其中LuxI是信息素合成酶，LuxR是相应的调节蛋白， 已知的许多G-菌的QS系统与LuxI-LuxR系统同源。 此外，还有：LuxM型合成酶，与LuxI的同源性不是 很高，可以利用同样的底物合成AHLs，以及从荧光假 单胞菌F113中鉴定出的Hdts合成酶，与LuxI和LuxM 均无同源性。
'Quorum Sensing' (QS) describe the phenomenon whereby the accumulation of signalling molecules enable a single cell to sense the number of bacteria (cell density).
2. 革兰氏阴性细菌的信号分子---AI-1
革兰氏阴性细菌的信号分子大多是酰 基高丝氨酸内酯（acyl-homoserine lactones，AHLs）衍生物，是一类水 溶性、膜透过性分子, 可自由出入细胞 内, 故胞内胞外浓度一致。这些小分子 被称为第一类自身诱导物， AI-1。 AHL 由LuxI 类蛋白酶催化脂肪酸代 谢途径中的酰基-酰基载体蛋白的酰基 侧链与S-腺苷甲硫氨酸中高丝氨酸部 分的结合, 并进一步内酯化而生成的。 AHL 类自诱导剂都是以高丝氨酸为母 体, 之间的差别只是酰基侧链的有无及 侧链的长短不同。
群体感应
费氏弧菌Vibrio fischeri 群体感应系统首先是在海洋细菌费氏弧菌，费氏弧菌定殖于夏威夷鱿鱼的发光器官内，当细菌达到一定的密度后，就会诱导发光基因的表达。
细菌的生物发光为鱿鱼提供光源，掩盖其影子来保护自身。
同时，细菌也获得一个合适的栖息场所。
Nealson等在1970 年首次报道了该菌菌体密度与生物发光呈正相关,该发光现象受细菌本身的群体感应调节系统(Quorum-Sensing System ,简称QS 系统) 所控制。
通用语言呋喃硼酸二酯Peptides呋喃硼酸二酯高丝氨酸内酯γ-丁酸内酯synthesizesautoinducer homoserine Autoinducer diffuses into the medium where it accumulates. At thresholdconcentration AI diffuses back into the cell and binds to activator protein LuxR.酰基高丝氨酸内酯(AHL)的结构AHL 由LuxI 类蛋白酶催化脂肪酸代谢途径中的酰基-酰基载体蛋白(acyl-ACP)的酰基侧链与S-腺苷甲硫氨酸中高丝氨酸部分的接合, 并进一步内酯化而生成的不同的细菌产生不同的AHLs ，差异只在于酰基侧链的长度与结构，高丝氨酸内酯部分是相同的。
以及与启动子DNA的结合The genesencoding the AHL synthaseregulatory protein, respectively. In thepresence of sufficient AHL signal, the Rregulatory protein is activated, possiblyby dimerization. The activated Rregulatory protein binds to a specificbinding site and stimulates (orrepresses) transcription initiation byRNA Polymerase holoenzyme•LuxR型蛋白也有特殊的酰基结合框，在有多种细菌存在的环境下，存在许多种AHL分子，每一种细菌都能对其自身的群体感应信号识别、监控、作出反应除了链霉菌中调控抗生素合成的γ黄色粘球菌肺炎链球菌枯草芽孢杆菌金黄色葡萄球菌Staphylococcus aureus uses a two -component response system (TCRS) to mediate quorum sensing (QS). The regulation of QS involves the productio increase in its concentration, expression of RNAIII and the subs genes. S. aureus produces an autoinducing and activates the TCRS. The TCRS involves signal recognition by (1), followed by histidine phosphorylation Regulation of the two quorum-sensing systems of Staph. aureusThe first quorum-sensing system, consisting of the peptide autoinducer protein, TRAP, is regulated by the accessory gene regulator (agr comprises two units (RNAII and RNAIII) that are divergently transcribed, whose transcription is under control of the P2 and P3 promoters respectively. A threshold concentration of RAP triggers the activation of TRAP, which activates the transcription of RNAII. The RNAII unit encloses four genes: agrB , agrD , agrC and agrA . AgrB and AgrD 呋喃硼酸二酯AI-2细菌可以利用这类信号分子感知其它细菌数量来调控自身的行为。
细菌群体感应系统功能
细菌群体感应系统功能
细菌群体感应系统是一种细菌激发细胞间相互作用的机制，通过该系统细菌能够感知并响应外界刺激，调节自身生长和行为，实现一种集体行为。
细菌群体感应系统包含以下功能：
1. 信息传递：细菌通过释放化学信号物质（自动诱导物质、群体感应激素等），使周围细菌感知到外界环境的变化。
这些信号物质可以通过扩散或分泌到周围环境中，也可以直接通过细胞间连接的纤毛或细胞间通道传递。
2. 群体行为：细菌感知到外界环境的变化后，能够通过群体行为来响应和适应。
例如，一些细菌在感知到相对高密度的环境后会进行群体聚集，形成生物膜或菌落。
这种群体行为可以提供保护、资源共享和传递信号等功能。
3. 调控基因表达：细菌群体感应系统能够影响细菌内部的基因表达，通过调节特定基因的转录和翻译过程来实现对环境的适应。
这些基因可能与细菌的生长、生存、毒力等相关。
4. 抗生素生产和耐药性：一些细菌群体感应系统能够诱导或抑制细菌对抗生素的产生。
此外，一些感应系统还能够调节细菌对抗生素的敏感性，从而实现对抗生素的耐药性。
细菌群体感应系统的功能使细菌能够在群体中实现一种高效的信息传递、协作和适应性，为它们在复杂的生态环境中生存和繁衍提供了竞争优势。
这种系统在医药、环境保护、生物工程等领域都有重要的应用潜力。
e42-1群体感应
e42-1 群体感应
群体感应是指某个菌体能够感应到周围环境中同种细菌的其他成员的存在并做出反应的现象。
在上个世纪60年代后期，J.Woodland Hastings等人发现，某些海洋发光细菌只有在达到临界数量后才会发光，而在细菌数量不足时就保持黯淡。
对此他们认为，细菌释放了一种叫自诱导物（autoinducer）的信号分子，来对生物荧光进行调控，同时用它来监测同种细菌的密度。
直到1981年，他们才首次纯化并确定自诱导物是一种脂酰高丝氨酰内酯（acylated homoserine lactone，AHL）。
目前已知具有群体效应的菌体会持续地释放出自诱导物，随着群体扩展，更多自诱导物被增殖的细菌制造，并释放到菌体周围，其浓度也因此渐渐上升。
一旦自诱导物浓度达到一个临界值，细菌便可感应到群体数目的变化，一些细胞行为也会因此改变，如生物荧光、接合作用、转化作用、孢子生成、生物薄膜（biofilm）形成、抗生素和毒素的合成。
迄今为止，具有群体感应的菌种已达数十种，其中，革兰氏阴性菌有两类自诱导物——AHL和呋喃糖硼酸二酯（furanosyl borate diester），革兰氏阳性菌则以寡肽为自诱导物。
以AHL为自诱导物的系统是由luxI和luxR两个结构基因组成，分别编码AHL合酶和AHL反应调节蛋白。
产生的自诱导物分子需要和反应调节蛋白结合，才能控制与群体感应有关的多个基因的表达（图e42-1），例如Vibrio fischeri及V. harveyi的生物荧光基因。
图e42-1 细菌群体感应的LuxI/LuxR系统。
群体感应
群体感应1.群体感应概念细菌分泌一种或者几种小分子量的化学信号分子促进细菌个体间相互交流，协调群体行为，该现象称为群体感应( quorum sensing ，QS)。
细菌利用信号分子感知周围环境中自身或其他细菌的细胞群体密度的变化，并且信号分子随着群体密度的增加而增加，当群体密度达到一定阈值时，信号分子将启动菌体中特定基因的表达，改变和协调细胞之间的行为，呈现某种生理特性，从而实现单个细菌无法完成的某些生理功能和调节机制。
20世纪70年代，QS系统首先是在海洋细菌费氏弧菌(Vibrio fiscberi)中发现的，V. fiscberi 可以与某些海生动物共生，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。
对细菌的QS 研究始于20 世纪90 年代初. 从已有的研究成果看: 其一, 大部分细菌一般均有两套群体感应系统, 一套用于种内信息交流, 一套用于种间信息交流; 其二, QS 对细菌的许多生理功能都有调节作用, 如生物发光、毒素的产生、质粒的转移、根瘤菌的结瘤、抗生素的合成, 等等.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,如生物发光、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[ 1 , 3],尤其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等与人类关系密切的细菌生理特性相关。
因此, 细菌QS系统研究,深受医学、生物工程、农业和环境工程、食品科学等领域研究者广泛关注。
当前, 对致病菌的QS系统及以其为靶点的新型疗法和抗菌药物研究、根瘤菌QS系统及其在根瘤菌与植物互作中的作用研究、植物病原菌QS系统及寻找生物技术防治细菌病害的新靶点研究较为深入意义：一方面有助于人们了解单细胞微生物的信息交流与行为特性的关系，建立起化学信号物质和生理行为之间的联系；另一方面则可通过人为地干扰或促进微生物的群体感应系统从而调控其某种功能，以达成其在实际意义上的应用。
细菌群体感应系统及其应用课件
群体感应在细菌耐药性中的作用
群体感应在细菌耐药性中的作用
群体感应在细菌生物被膜形成中的作用
01
02
03
04
05
05
总结与展望
总结
细菌群体感应系统的基本概念
01
细菌群体感应系统的研究进展
02
细菌群体感应系统的应用领域
03
展望
未来研究方向
随着基因组学、蛋白质组学和代 谢组学等技术的发展，未来将进 一步揭示细菌群体感应系统的分 子机制，为相关应用提供更多可
菌群体感系及
• 细菌群体感应系统概述 • 细菌群体感应系统的组成 • 细菌群体感应系统的应用 • 细菌群体感应系统研究的前景与挑
战
01
细菌群体感应系统概述
群体感应的定义
群体感应 群体感应系统
群体感应的发现与历史
01
1950年代
02
1980年代
03
1990年代
04
2000年代至今
群体感应的机制
AI-1信号分子
AI-2信号分子
群体感应受体蛋白
LuxQ受体蛋白
LuxP受体蛋白
结合AI-2信号分子，影响细菌的生物 膜形成和毒力。
群体感应调控基因
lux操纵子
包含一系列受群体感应调控的基因，如luxCDABE基因编码生物发光所需的酶。
AI-2合成酶基因
如luxS基因，编码AI-2信号分子合成酶。
能性。
应用前景
随着对细菌群体感应系统认识的 深入，其在农业、工业和医疗等 领域的应用将更加广泛，有望为
人类带来更多的益处。
面临的挑战与问题
尽管细菌群体感应系统具有广泛 的应用前景，但仍面临许多挑战 和问题，如如何提高应用的效率 和安全性等，需要进一步研究和
细菌群体感应系统与应用
群体感应
毒力因子的产生：
肠球菌的主要毒力因子是溶
细胞素，由 2 个亚单位CylLL 和CylLS组成，在胞外以具有 毒性的CylLL ″和CylLS″形式 存在。研究表明，CylLS″担 任了QS系统机制中信号分子
的作用。Coburn等发现，
CylLL ″优先与靶细胞结合， 导致游离 CylLS″的积累并超 过诱导阈值，然后激活CylLS 表达，产生高水平的溶细胞
海洋红藻(Delisea pulchra)产生的卤化呋喃酮结构和AHL相似，用
该卤化呋喃酮处理V. fiscberi后，其QS系统被竞争性的抑制。另外吡
咯酮类化合物、某些取代的HSL化合物、二酮哌嗪类化合物等也能够起 到相类似的作用。在G+菌中，尽管AIP分子调控许多致病基因的表达， 但目前还没有专门针对其QS系统的防病策略。仅在金黄色葡萄球菌发现 其产生不同种类的AIP之间可以相互抑制。因此可以通过设计与病菌AIP 分子相似的物质来破坏其QS统，从而增强植物等的抗病性
种内交流：G- 的QS系统
费氏弧菌的AHL-LuxI／LuxR 型系统：
LuxI产生AHL，自由通过 细胞膜，分泌到胞外
AHL随菌体浓度上升在胞 外积累到阈值
AHL扩散入胞内与LuxR蛋 白结合，形成AI／LuxR
复 合体，并结合到 DNA上， 激活发光基因的启动子
转 录
种内交流：G- 的QS系统
谢 谢！
让我们共同进步
群体感应的抑制
1.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
内酯酶(AHL-1actonase) 和酰基转移酶(AHL-acylase) 目前都已经 在一些细菌中被发现。内酯酶可以水解AHL的内酯键，生成的N-酰基高 丝氨酸内酯的生物活性大大降低
最新：群体感应调控细菌耐药的机制(全文)
最新：群体感应调控细菌耐药的机制（全文）细菌的抗菌素耐药已成为威胁人类健康的重大问题，亟需新策略阻控细菌耐药。
群体感应是微生物细胞间交流的一种机制，当环境中群体密度达到阈值后群体感应即被激活，调控下游基因转录。
群体感应已被证实可调控生物膜、外排泵、细菌分泌系统等抗菌素耐药机制，有望成为耐药调控靶点。
目前已有多种群体感应抑制剂通过降解信号分子、干扰信号分子与受体蛋白的识别和结合、阻断群体感应信号的合成等方式干扰群体感应。
群体感应抑制剂有望成为阻控微生物耐药的新方法。
近年来，随着抗菌素的广泛使用，细菌的抗菌素耐药已成为威胁人类健康的重大问题。
研究者们试图通过研究微生物耐药靶点、研发新型药物等方法攻克抗菌素耐药这一世纪难题，但细菌耐药率仍逐年攀升。
因此，迫切需要从新的角度研究抗菌素耐药问题。
最近，一些研究揭示了群体感应（quorumsensing）系统在细菌耐药中的作用，并深入探索了群体感应调控细菌耐药的机制，这些研究成果有望为阻控抗菌素耐药提供新的方法和靶点。
本文围绕群体感应对细菌抗菌素耐药的调控机制及干预手段进行综述。
一.细菌耐药机制目前，抗菌素的作用机制主要包括以下4个方面：（1）阻碍细胞膜合成；（2）增强细胞膜通透性；（3）影响蛋白质合成；（4）干扰DNA的复制和转录〔】】。
相应地，细菌发展出以下5种主要抗菌素耐药机制：（1）降低细胞膜对抗菌素的通透性；（2）利用外排泵排出抗菌素；（3）基因突变或修饰抗菌素靶向基因；（4）对抗菌素的直接修饰或降解；（5）形成生物膜1W。
为克服细菌耐药，新药研发、药物联用已成为常见手段，但罕有从细菌群体角度出发制定的策略。
基于此，深入研究细菌群体感应系统，从中寻找新的耐药阻控手段已刻不容缓。
二、群体感应简介20世纪70年代，Nea1son和Eberhard等【2,3］发现费氏弧菌（Vibiofischeri）和哈维弧菌（Vibioharveyi）的发光现象可由菌群密度所调控,这是最早关于群体感应现象的文献报道。
群体感应系统
细菌能自发产生、释放一些特定的信号分子，并能感知其浓度变化，调节微生物的群体行为，这一调控系统称为群体感应。
细茵群体感应参与包括人类、动植物病原茵致病力在内的多种生物学功能的调节。
简介群体感应（Quorum-Sensing）：近年来的研究证明细菌之间存在信息交流，许多细菌都能合成并释放一种被称为自诱导物质(autoinducer,AI)的信号分子，胞外的AI 浓度能随细菌密度的增加而增加，达到一个临界浓度时，AI能启动菌体中相关基因的表达，调控细菌的生物行为。
如产生毒素、形成生物膜、产生抗生素、生成孢子、产生荧光等，以适应环境的变化，我们将这一现象称为群体感应调节(quorum sensing．QS)。
这一感应现象只有在细菌密度达到一定阈值后才会发生，所以也有人将这一现象称为细胞密度依赖的基因表达(cell density de- pendent control of gene expression)。
[1]自身诱导物质AI细菌可以合成一种被称为自身诱导物质( auto-inducer ．AI ) 的信号分子，细菌根据特定的信号分子的浓度可以监测周围环境中自身或其它细菌的数量变化，当信号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的变化，如芽胞杆菌中感受态与芽胞形成、病原细菌胞外酶与毒素产生、生物膜形成、菌体发光、色素产生、抗生素形成等等。
根据细菌合成的信号分子和感应机制不同，QS系统基本可分为三个代表性的类型：革兰氏阴性细菌一般利用酰基高丝氨酸内酯( AHL) 类分子作为AI ，革兰氏阳性细菌—般利用寡肽类分子(Al P) 作为信号因子，另外许多革兰氏阴性和阳性细菌都可以产生一种AI - 2的信号因子，一般认为AI - 2是种间细胞交流的通用信号分子，另外最近研究发现，有些细菌利用两种甚至三种不同信号分子调节自身群体行为，这说明群体感应机制是极为复杂的。
细菌信息素的特点1，分子量小：细菌信息素都是一些小分子物质，如酰基-高丝氨酸内酯(AHL)衍生物、寡肽、伽马一丁内酯等，能自由进出细胞或通过寡肽通透酶分泌到环境中，在环境中积累。
群体感应淬灭菌的富集及筛选实验报告
群体感应淬灭菌的富集及筛选实验报告下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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次级代谢产物 群体感应 cell
次级代谢产物群体感应 cell次级代谢产物是细胞在生长过程中所产生的化合物，它们与生物体的生长和发育、抗菌、免疫等都有关系。
而群体感应是微生物学中的一种现象，指细菌群体中的一个化合物会影响到群体中的其他成员。
这个化合物在群体中被称作自动诱导物或AI-2。
次级代谢产物是细胞在生长过程中所产生的化合物，它们是微小分子，通常具有药理活性。
这些化合物不仅可以帮助细胞抵抗自由基、病原体等有害物质的侵袭，也可以促进细胞的生长和发育，调节细胞代谢。
随着科学技术的不断进步，人们对次级代谢产物的研究也越来越深入。
例如，目前已经发现了许多具有药理活性的天然产物，如阿司匹林和紫杉醇等，它们都是从植物和微生物中提取出来的。
另外一个与次级代谢产物相关的概念是群体感应。
群体感应是微生物学中的一种现象，指细菌群体中的一个化合物会影响到群体中的其他成员。
这个化合物在群体中被称作自动诱导物或AI-2。
在微生物领域中，群体感应是很重要的，因为它可以影响到微生物群体内部的交流和协作。
例如，当一个细菌在环境中释放出AI-2时，它能够被群体中的其他细菌识别并解读。
这个过程可以使群体中的所有细菌都达成共识，进而更好地协作和应对环境中的挑战。
同时，科学家们也发现，次级代谢产物和群体感应之间存在着密切的关系。
例如，有些微生物群体中的细胞在达到一定密度之后就开始产生次级代谢产物，这一过程就需要群体感应的参与。
此外，一些研究发现，AI-2对味觉细胞也具有诱导作用。
这可能表明，在身体内部也存在着次级代谢产物和群体感应的关系。
总的来说，次级代谢产物和群体感应都是微生物领域中的重要概念。
通过研究这些概念，人们可以更好地理解微生物内部的交流和协作机制，探究微生物的生长和发育规律，为人们提供更多的医学和工业应用价值。
细菌群体感应在微生物生态系统中的作用研究
细菌群体感应在微生物生态系统中的作用研究细菌群体感应是一种自协调的细菌行为，细菌通过分泌信号分子来与它们周围的同种细菌进行通信，并协同地做出响应。
这种协作行为有助于建立细菌社区，并有助于它们在复杂的微生物生态系统中生存和繁殖。
本文将讨论细菌群体感应在微生物生态系统中的作用，并探讨该领域目前的研究进展。
1. 细菌群体感应的基本原理细菌群体感应是一种通过细菌间分泌的信号分子进行交流的行为，这些分子可以传递不同的信息，例如细胞密度、群体方向、环境变化等。
在感应过程中，当一定数量的信号分子被积累到足够数量时，细菌将协调做出共同的行为。
例如，一些细菌会通过群体感应来形成生物膜，从而形成细菌社区，或者来协同合成一些生物活性物质，如光合色素、激素、抗生素等。
这些共同的行为有助于细菌在微生物生态系统中生存和繁殖。
2. 细菌群体感应在微生物生态系统中的作用细菌群体感应在微生物生态系统中起着至关重要的作用。
首先，它有助于细菌建立稳定的细菌社区，并与其他细菌、微生物甚至宿主紧密相连。
这些细菌社区有时会形成生物膜，从而能够更好地抵御环境压力。
其次，它有助于细菌在微生物生态系统中发挥“分工协作”的作用，不同种类的细菌能够通过群体感应来分布不同的环境和角色，以最大化资源利用率并优化生态系统。
另外，细菌群体感应还发挥着各种生态学角色。
例如，在土壤微生物系统中，细菌群体感应可以促进植物生长和根际土壤释放养分。
一些细菌群体感应所产生的代谢产物还被发现对宿主免疫反应和免疫功能具有重要意义。
此外，细菌群体感应还被认为是生态系统中细菌和其他生物之间相互作用的重要媒介，它能够帮助生物维持相互联系并参与生态系统的稳定性。
3. 细菌群体感应的研究进展目前，细菌群体感应的研究进展日新月异。
这是因为细菌群体感应在医学、环境保护、农业等领域都有重要应用价值。
例如，在医学中，对细菌群体感应的深入研究能够有助于探索新型抗生素的生产和应用；环境保护中，它可以帮助减少有毒物质的生产和释放，改善微生物生态环境；在农业中，它能够协助控制农业害虫和植物病害。
浅谈微生物细胞的交流方式——群体感应
浅谈微生物细胞的交流方式——群体感应在第一堂课，老师讲述了微生态学绪论后，我便产生了一个疑问。
众所周知，宏观生态学是研究生命系统和环境系统之间相互作用规律和机理的科学。
而一个生态系统则是由群落，种群，个体，系统，器官，细胞逐级构成的。
每个层级之间都有其各自复杂而精密的调节机制。
而微生物却是单细胞生物，现在却谈及由这些单细胞生物构成的生态系统，那么这些看起来各自孤立的单细胞生物之间有相互交流吗？如果有，他们的“语言”又是什么？这些“语言”是否有专一性？我们掌握这些“语言”可以为我们人类做什么？……于是我去查找了相关文献，并在浅薄文尾提出了一些自己的想法，希望老师能提出指正。
微生物群体感应是微生物间通过化学信号分子进行信息传递的一种形式，它以微生物的群体数目为依据以控制特定基因的表达，使其所对应的生物功能得以表现。
这种信息传递一经发现就受到重视，因为它证明了单细胞微生物间的生命活动具有群体性，而且这种群体效应不仅存在于同种微生物细胞间，还可以调节不同微生物间的相互关系，所以又被视为微生物语言。
微生物的群体感应（QS）也称为自诱导，它通过扩散性的小分子即自诱导物在细胞-细胞之间扩散，并通过自诱导物与转录活化蛋白的相互作用，从而使整个群体的细胞中的一系列目标基因表达。
在革兰氏阴性菌中，这种自诱导物通常是N-酰化高丝氨酸内酯（AHL），它可调节的功能包括抗生素的生物合成、毒性因子的产生、胞外多糖的合成、细菌丛集、质粒结合转移、稳定期的进入等。
而革兰氏阳性菌的群体感应过程是通过γ-丁酸内酯及翻译后修饰肽实现的。
群体感应（Quorum sensing，QS）也称为自诱导，最初是指细菌调节自身菌体密度的一种环境感应系统。
通过扩散性信号小分子（又称为自诱导物）与转录活化蛋白的相互作用而打开与细胞群体密度有关的基因表达。
这些信号分子从细菌细胞扩散到环境中，一旦达到一个临界浓度（或者说达到某一特定的群体密度），这些信号分子就可诱导调节一系列目标基因的转录。
第章群体感应系统_图文
孢子形成 不同种属竞争
细菌运动
群体感应的生物效应
生物发光（例1：海洋细菌用光引诱浮游动物和鱼）
细菌发光吸引浮游生物（摄食细菌但不能消化细菌），继续在 浮游动物肠道内发光，透露了浮游动物的存在
夜行鱼容易检测到发光浮游动物并吃掉它们，发光细菌继续存 活在鱼肠道
浮游动物被细菌光辉吸引并食用发光物质与它们的生存本能矛 盾，增加了被鱼攻击与吞食的机会，调节细菌生物发光的群体 感应现象能解释这项发现
研究者测定了群体感应系统调节基因的编码特征和细菌分离的生 态环境之间的关系，结果表明，群体感应系统在细菌进行栖息地 延伸的过程中扮演着重要角色
为理解细菌的致病性以及难根除的感染性疾病机制提供了新思路
PNAS, /cgi/doi/10.1073/pnas.1214128109 ,2012
系统组成复杂性：在V.harveryi中发现与众不同的QS系统，该 信号分子系统与G-菌相似，而信号分子的识别与G+菌相似
QS系统之间关系复杂性：多种QS系统构成复杂的调控网络，
如P.aeruginosa中含有3个QS系统
群体感应的生物效应
生物发光
生物膜形成
致病因子产生
抗生素 合成
毒力因子诱导 细菌宿主侵袭
依赖生长期和细胞密度：对数期或稳定期在环境中积累达到较高浓 度，其所调节的基因表达量最大
细菌感染调控：许多信息素产生菌是动植物致病菌或共生菌，它在 细菌和宿主之间的相互作用中起着重要的调控作用
兼具抗生素活性：Lactococcus lastis产生的乳链球菌素nisin，既作为 信息调节细胞生物合成和免疫基因的表达，也拮抗其他微生物；植 物乳球菌 (L. plantarum) 产生的植物乳杆菌素A也有信息素和抗生素 的双重活性
群体感应名词解释
群体感应名词解释群体感应是指人们在特定环境下产生的一种共同情感或行为反应。
它是一种社会心理现象，指的是个体受到周围群体的情感或行为态度的影响，并在一定程度上调整自己的思维、情感和行为。
群体感应可以在各个领域和情境中观察到，包括社交媒体、集体活动、政治运动等。
在社交媒体上，当某个主题或事件引起广泛关注时，人们往往会相互交流、分享信息，并在一定程度上形成共同的情感态度。
这种情感共鸣可以迅速蔓延，引发更广泛的讨论和行动。
在集体活动中，群体感应也发挥着重要作用。
例如，在音乐会或体育比赛现场，观众往往会受到其他观众的情感和行为的影响，从而产生共同的喜悦、激动或失望等情感反应。
这种集体情感的共鸣可以增强个体的情绪体验，使其更加投入和参与。
政治运动中的群体感应也具有显著影响力。
当人们共同关注社会问题或政治事件时，他们往往会形成一种共同的情感态度，并通过示威、抗议等方式表达自己的诉求。
这种群体感应可以促使更多的人加入进来，形成更广泛的社会运动。
群体感应的机制主要包括信息传递、社会认同和情感共鸣。
首先，信息传递是指人们通过各种渠道获取信息，并将其传递给其他人。
这种信息传递可以迅速传播和扩散，促使更多的人参与进来。
其次，社会认同是指个体对于群体的认同感和归属感。
当个体感到自己与群体存在共同的价值观、兴趣或目标时，他们更容易受到群体的影响，并调整自己的态度和行为。
最后，情感共鸣是指个体在面对共同情感刺激时产生的情感共鸣和情绪传染。
当个体感受到来自他人的情感表达时，他们更容易产生类似的情感体验，从而形成共同的情感态度。
群体感应对个体和社会都具有重要意义。
对个体而言，它可以提供社会支持和认同感，增强归属感和幸福感。
对社会而言，群体感应可以促进社会凝聚力和集体行动，推动社会的发展和进步。
总之，群体感应是一种社会心理现象，指的是个体受到周围群体情感或行为态度的影响，并在一定程度上调整自己的思维、情感和行为。
它在社交媒体、集体活动、政治运动等方面都起着重要作用，通过信息传递、社会认同和情感共鸣等机制发挥作用。
第6章群体感应系统
细菌和宿主之间的相互作用中起着重要的调控作用
兼具抗生素活性：Lactococcus lastis产生的乳链球菌素nisin，既作为 信息调节细胞生物合成和免疫基因的表达，也拮抗其他微生物；植
物乳球菌 (L. plantarum) 产生的植物乳杆菌素A也有信息素和抗生素
的双重活性
群体感应的定义
QS信号分子分类
化，
监测菌群密度、调控菌群生理功能，从而适应环境条
件的一种信号交流机制，又称细胞交流或自诱导 (Auto-induce)
群体感应调节
细菌释放自诱导物质 (Auto-inducer, AI) 的信号分子
临界浓度时，AI能启动菌体相关基因的表达，调控细菌的生 物行为（产生毒素、生物膜、抗生素、孢子、荧光等），使
为理解细菌的致病性以及难根除的感染性疾病机制提供了新思路
PNAS, /cgi/doi/10.1073/pnas.1214128109 ,2012
群体感应的生物效应
生物膜形成调控（例2：帮助细菌扩大地盘）
P.Aeruginosa 和生态环境分离菌的群感基因相互 关系韦恩图
QS参与致病菌的毒力因子诱导、细菌与真核生物的共生、 抗生素与细菌素合成等与人类关系密切的细菌生理特性
群体感应的研究意义
了解单细胞微生物的信息交流与行为特性关系，建立化学 信号物质和生理行为的联系，例如：
龋齿周围生物膜形成参与的菌种，所有细菌均参与群体感应
Nature Reviews, Biotechnology
且很快被降解掉
群体感应的分子机制
革兰氏阴性菌QS系统—LuxI-AHL型
AHL可自由出入细胞体内外 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
群体感应发光机制名词解释
群体感应发光机制名词解释群体感应发光机制，这听起来是不是有点高大上呢？其实啊，咱们可以把它想象成一场细菌之间的秘密聚会。
细菌啊，别看它们小得要用显微镜才能看清，可它们之间有着非常奇妙的沟通方式呢。
就好比咱们人类在一个大集体里，会有各种各样的信号来传达信息一样，细菌也有它们独特的“语言”。
群体感应发光机制就是细菌之间交流并且让自己发光的一种神奇方式。
你看啊，在一片小小的区域里，住着好多好多的细菌。
它们就像住在一个小区里的居民一样。
每一个细菌都像是一个小小的个体，但是当它们的数量达到一定程度的时候，就会发生一些奇妙的事情。
这就像咱们小区里住的人多了，大家就会开始商量着搞一些集体活动一样。
这些细菌会释放出一些特殊的小分子信号物质，这就好比是它们在互相发送邀请函。
随着细菌不断地繁殖，这个区域里的细菌越来越多，邀请函也就越来越多。
当这些邀请函，也就是信号物质的浓度达到了一个特定的数值之后，就像是聚会的人数达到了一定规模，细菌们就像是收到了一个统一的命令，然后就开始发光啦。
这种发光啊，可不是没有意义的哦。
就像我们人类举办灯光秀是为了庆祝或者展示一样，细菌发光也有着它自己的作用。
有些细菌发光是为了吸引其他生物来帮助它们传播，比如说吸引一些昆虫之类的。
这就好像我们在路边摆摊卖东西，会亮起漂亮的灯来吸引顾客一样。
而且啊，这种群体感应发光机制还能帮助细菌们更好地生存呢。
它们可以通过发光来判断周围环境是不是适合生存。
如果周围环境里有很多有害物质，可能会影响它们的生存，那么这种发光的情况可能就会有所改变。
这就像是我们人类在一个地方生活，如果周围的环境变差了，我们也会做出一些反应一样，比如说搬家或者改变生活习惯。
再说说这个发光的具体机制吧。
细菌内部有着一套非常复杂的系统，就像是一个精密的小工厂一样。
当接收到足够的信号物质之后，这个小工厂里的一些“工人”就开始忙碌起来了。
这些“工人”其实就是细菌体内的一些蛋白质和酶之类的东西。
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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 生的不良反应，而且其对哺乳动物的不良反应很小， 对这种分子的研究也许会有一个很好的前景。总之， 不久的将来，随着研究人员的不断探索，人们将可能 通过各种渠道来抑制群体感应系统中的各个环节，从 而达到治疗一些细菌性疾病的目的。
感谢您的关注
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
群体感应概述
目录
1 群体感应的发现及其概念
2
群体感应的分类及机制
3
群体反应的特点
4 群体反应的应用与研究前景
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
(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
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)
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。
2.2 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。
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。
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
费氏弧菌LuxI-LuxR型 QS系统
1.2 概念
群体感应
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（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
群体感应
种内QS系统
G+菌QS系统 G-菌QS系统
种间QS系统
种间QS系统
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