细菌群体感应及其在病原菌防治中的应用

细菌群体感应及其在病原菌防治中的应用

梁心琰;阮海华

【摘要】Bacteria releases one or several chemical molecules served as signal to estimate the density of bacteria and sense the change of environment. This chemical communication, called as “quorum sensing”(QS)is defined as a density dependent mechanism by which bacteria coordinate expression of specific target genes in response to a critical concentration of signal molecules. A many of studies had showed that the construction of various QS system depends on the type of bacteria. QS system exists widely in pathogenic bacteria, which build up the capability of infection, expression of toxic genes and pathogenesis. Therefore, it is a concerned topic in medicine realm that prevents and cures the diseases caused by pathogenic bacteria by targeting the QS system. Here, this review discussed the QS and its application in preventing and therapeutic effect for pathogenic bacteria.%细菌分泌一种或多种化学信号分子，这些化学信号分子作为诱导因子感知和判断菌群密度和周围环境的变化。当菌群达到一定阈值时会启动一系列相关基因的表达以调控菌体的群体行为，细菌的这种生理行为称为群体感应。大量的研究表明，不同类型的细菌具有不同的群体感应系统。群体感应机制广泛存在于病原菌中，并与其侵染过程、毒力基因表达及致病性密切相关。利用这种群体感应机制作为靶点进行病原菌的防治是医学领域广泛关注的问题。在此就细菌群体感应及其在病原菌防治中的应用进行阐述。

【期刊名称】《生物技术通报》

【年(卷),期】2015(000)001

【总页数】6页(P33-38)

【关键词】细菌;群体感应;自身诱导因子;调控;病原菌防治

【作者】梁心琰;阮海华

【作者单位】天津商业大学生物技术与食品科学学院，天津 300134;天津商业大学生物技术与食品科学学院，天津 300134

【正文语种】中文

DIO： 10.13560/ki.biotech.bull.1985.2015.01.005

20世纪70年代，Nealson和Hastings［1］通过研究海洋细菌费氏弧菌（Vibrio fischeri）和哈氏弧菌（Vibrio harveyi）生物发光现象发现了菌群间的交流及相互作用。90年代 Greenberg 等将这种细菌分泌小信号分子即诱导因子（Autoinducer），以及该因子在微生物小群体间共同行为转导中所起的调控作用定义为群体感应（Quorum sensing，QS）［1］。群体感应参与调控细菌的多种生理过程，如生物发光、生物膜及孢子形成、细胞分化、质粒的接合转移、运动性及胞外多糖形成等，并与致病菌毒力因子的诱导、细菌与真核生物的共生、细菌素的合成及抗菌药物的研发等与人类关系密切的细菌的生理特性相关［2］。

迄今为止，大量研究发现，介导微生物群体感应的化学信号分子主要分为3类：（1）以N-酰基高丝氨酸内酯类（Acyl-homoserine lactones，AHLs）及其衍生物作为信号分子，主要作用于革兰氏阴性菌；（2）氨基酸和短肽类（Autoinducing peptide，AIPs），主要作用于革兰氏阳性菌；（3）呋喃硼酸

酯类（Furanostl borate diester），即AI-2。AI-2是由LuxS蛋白介导产生的一类信号分子，是一类种间信号分子，在革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌中均存在，可感知不同种属微生物间的数量进而调控其行为［3］。此外，最新研究表明，在某些细菌中还发现了一类新的信号系统AI-3，这类信号分子能产生类似肾上腺素的

级联放大反应［4］。

细菌群体感应系统首先由酶催化合成信号分子，信号分子经扩散或转运系统到达胞外，当累积到一定浓度后，被位于膜上的感应系统识别，引起受体蛋白的构象的变化，最终激活靶基因的表达，该表达产物能使细菌适应外界环境的变化。细菌群体感应包括种间和种内两种群体感应系统。

1.1 细菌种内的群体感应系统

1.1.1 革兰氏阴性菌的群体感应系统革兰氏阴性菌的群体感应系统主要以N-酰基

高丝氨酸内酯类及其衍生物作为信号分子［5］。AHLs由LuxI（以海洋费氏弧菌

的Luciferase编码基因LUX1命名）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结合后内酯化而成，其含有高

丝氨酸内酯环和一个酰胺链，酰胺链中的碳原子数（从4-18个，多为偶数，奇数中只有7）和第3位上取代基（氢、羟基和羧基）决定了该类信号分子对细菌的不同调控功能［6］。如图1所示，AHLs信号分子由一个疏水性的高保守丝氨酸内

酯环的头部和一个亲水性的可变的酰胺侧链的尾部组成，可变的酰基链的尾部决定了它的多样性。AHLs带有短的酰胺侧链使其被动地进出细菌细胞壁，而带有长的酰胺侧链的AHLs靠主动转运机制跨过细菌细胞膜［7］。因此，AHLs为膜透过

性分子，可跨过细菌细胞膜。当AHLs分子在环境中积累到一定浓度时，AHLs分子跨过细胞膜与胞内LuxR受体蛋白的氨基端结合，形成特定构象，使羧基端与靶DNA序列相结合，从而调控某些功能基因的表达。同时AHLs信号分子与其受体

蛋白形成的复合物也对AHLs信号分子及其受体蛋白本身的产生具有反馈调节效应。