群体感应抑制剂控制微生物污染的研究进展

近年来，相关研究证明群体感应抑制剂可以调节细菌的 群体感应系统，控制细菌生物膜的形成、毒力的产生等代谢
基金项目 作者简介 国家自然科学基金项目（３１４０１５９７）。 郭文慧（１９９３一），女，福建福安人，本科生，专业：食品科学 与工程。ｔ通讯作者。副教授，博士，硕士生导师，从事预测 微生物学、食品非热力加工技术方面的研究。 收藕日期
的ＡＨＬ分子∞Ｊ。 通过哈维弧菌ＭＭ３２（ＡＴＣＣ ＢＡＡ－１１１７，ｌｕｘＳ，ｌｕｘＮ）生物
的群体感应系统。该系统信号分子的前体物质为４，５－二羟
基－２，３一戊二酮（４，５－ｄｉｈｙｄｒｏｘｙ－２，３－ｐｅｎｔａｎｅｄｉｏｎｅ，简称ＤＰＤ）。
发光筛选以ＡＩ．２为信号分子的群体感应系统。这株菌株缺 少ｌｕｘＳ合酶、ｌｕｘＮ蛋白酶和ＡＨＬ受体，且自身不产生ＤＰＤ 信号。在存在外源诱导物的条件下，群体感应效应可以被
体感应抑制剂。 １自体诱导物的确定 通常使用根癌农杆菌ＮＴＩＡ（ｐＺＬＲ４）和紫色杆菌ＣＶ０２６
ｓｅｎｓｉｎｇ，ＱＳ）。大量关于群体感应的工作在铜绿假单胞
菌、金黄色葡萄球菌、费氏弧菌、哈维氏弧菌、大肠杆菌、霍乱 弧菌等致命性病原体中展开来阐明群体感应的机制。研究 证明，群体感应过程包含信号分子的产生、信号分子在介质 中的积累至某一阙值浓度、受体识别信号分子、根据信号一 受体复合体的浓度进行大量基因的表达…。 群体感应主要存在３种系统。以自体诱导物一１（ａｕｔｏｉｎ— ｄｕｃｅｒ－Ｉ，简称ＡＩ．１）为信号分子的群体感应系统。在这个系 统中，一些革兰氏阳性菌以小肽（ａｕｔｏｉｎｄｕｃｅｒ ｐｅｐｔｉｄｅ）作为信 号分子；革兰氏阴性菌尤其是一些重要的病原菌通常以高丝
ｇｒｏｗｔｈ ａｎｄ ｒｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ ｑｕｏｒｕｍ
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ
ｏｉ】
Ｑｕｏｒｕｍ ｓｅｎｓｉｎｇ；Ｑｕｏｒｕｍ ｓｅｎｓｉｎｇ ｉｎｈｉｂｉｔｏｒｓ；Ｍｉｃｒｏｂｉａｌ
ｆｏｕｌｉｎｇ；Ａｇｒｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ
ｔｕｍｅｆａｃｉｅｎｓ；Ｃｈｒｏｍｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｖｉｏｌａｃｅｕｍ；Ｅｓｓｅｎｔｉａｌ
［ｐＳＢ４０１］产生抑制作用则表明存在抗群体感应活力。
至精油作为群体感应抑制剂干扰的群体感应过程为：①信号 分子生物合成或高丝氨酸内酯信号受体的抑制；②酶活性被 钝化或群体感应分子被生物降解。
３．１．３阿魏（Ｆｅｒｕｌａ ａｓａｆｏｅｔｉｄａ Ｌ．）精油。在Ｅｈｓａｎ等¨４１报 道了将２５阻∥“阿魏精油加于紫色杆菌的培养物中可完全
胞膜的能力，而且有抗群体感应作用。 ３．１．２牛至（Ｏｒｅｇａｎｏ）精油。牛至精油的抗菌活性在与食 源性病源菌相关文章中被广泛报道。Ｍａｒｉａ等¨引首先抑制剂的化学性质稳定，对宿主的代谢有一 定的抵抗能力，可在宿主中存在充足的时间来发挥其效力。
３群体感应抑制剂
证明牛至精油有抗群体感应活力。其方法为先将紫色杆菌 接种于包含不同浓度的牛至精油或果胶一牛至精油膜的ＬＢ
肉汤中，并且在３０℃下培养２４ ｈ；再从每个样本中取１ ｍｌ培
许多细菌之间存在交流。它们根据种群密度的改变来 调整它们的基因表达。这种现象被称为群体信号感应（ｑｕｏ—
ｌＵｔＥ
过程¨１，从而抑制细菌在物体表面的生长和繁殖，达到控制 污染的目的。大量研究在筛选群体感应抑制剂和研究其作 用机制中展开。为此，笔者简单概括了自体诱导物确定的方 法和理想群体感应抑制剂所需具备的条件，主要介绍了４种 有群体感应抑制效用的植物精油，并且总结了多种有效的群
ａ ｂａｃｔｅｒｉａｌ ｅｘｃｈａｎｇｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ ｄｅｎｓｉｔｙ ｏｆ ｂａｃｔｅｒｉａ．Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｈｅｌｐ ｏｆ ｔｈｉｓ ｐｒｏｃｅｓｓ，ｂａｃｔｅ— ｓｕｃｈ ａｓ．ｖｉｎｄｅｎｅｅ，ｂｉｏｆｉｌｍ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ，ｓｐｏｒｕｌａｔｉｏｎ，ＤＮＡ ｔｒａｎｓｆｅｒ ａｎｄ ＳＯ ｏｎ．Ｉｎ ｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓ，ｒｅｐｏｒｔｓ
安徽农业科学。Ｊｏｕｒｎａｌ
ｏｆ Ａｎｈｕｉ
Ａ酣．Ｓｃｉ．２０１５，４３（３２）：３５—３７，４３
责任编辑刘月娟责任校对况玲玲
群体感应抑制剂控制微生物污染的研究进展
郭文慧，王锦利，周爱莲，林其洋，魏奇，方婷＋
（福建农林大学食品科学学院，福建福州３５０００２）
摘要群体感应是依据细茵种群密度的一种细菌交流机制。细菌根据这个机制可调节多种活力，如毒力、生物膜的形成、生物发光、孢 子的形成、ＤＮＡ转录等。近年来，相关报道提出如果细茵的群体感应被干扰，那么微生物基因的表达和代谢将受到影响，从而影响微生 物的生长和繁殖。因此，群体感应抑制剂可作为控制微生物污染的可行方案。研究中，简要描述了主要的群体感应系统、确定自体诱导 物类型的方法和理想群体感应抑制剂应具备的特点，突出介绍了４种具有群体感应抑制功能的植物精油，并且总结了几种有群体感应
果显示，这种精油的主要成分为反肉桂醛（７２．８１％）、苯甲醛 （１２．５％）、丁香油酚（６．５７％）。其中，丁香油酚是锡兰肉桂 精油中的主要成分之一。研究表明，当丁香油酚与抗生素一
的ＯＤ值，结果表示为紫色色素产物的百分含量。每个试验
的对照为不含牛至精油或果胶的ＬＢ培养基。对照样本的色 素产生设为１００％。 Ｌａｍｂｅｒｔ等¨纠报道了牛至精油对金黄色酿脓葡萄球菌 的最小抑菌浓度为０。５７５ ｍｇ／ｎｄ。牛至精油的主要成分为香 芹酚。Ｖａｔｔｅｍ等¨４ ｏ曾报道了８ ｍｍｏ／Ｌ的香芹酚可减少紫色
抑制功能的物质。
关键词群体感应；群体感应抑制剂；微生物污染；根癌农杆茵；紫色杆菌；精油
中图分类号Ｓ一０３；Ｑ９３
Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｐｒｏｇｒｅｓｓ
文献标识码Ａ
文章编号０５１７—６６１ｌ（２０１５）３２—０３５—０３
ＧＵＯ
Ｗｅｎ－ｈｕｉ，、＾心Ｇ Ｊｉｎ－ｌｉ，ＺＨＯＵ
Ｑｕｏｒｕｍ ｓｅｎｓｉｎｇ ｍ妒ａｄ ａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ
菌活性，并且与哌拉西林有协同效应。另一方面，用肉桂精
度的牛至精油或添加牛至精油的果胶膜作为群体感应抑制
剂的可能性。由于精油成分的复杂性，其具体作用机制还有 待探寻。大部分研究人员将香芹酚素抑制色素的产生与减 少编码高丝氨酸内酯基因的表达联系在一起。他们推测牛
油处理大肠杆菌［ｐＳＢｌ０７５］和大肠杆菌［ｐＳＢ４０１］，使得这 两株大肠杆菌的生物发光表达减少，表明存在群体感应抑制 剂的可能性。当肉桂精油的浓度增加时，对大肠杆菌 ［ｐＳＢｌ０７５］和大肠杆菌［ｐＳＢ４０１］的抑制作用也被提升。因 为大肠杆菌［ｐＳＢｌ０７５］和大肠杆菌［ｐＳＢ４０１］分别携带有 ｌａｓＲ和ｌｕｘＲ受体基因，对大肠杆菌［ｐＳＢｌ０７５］和大肠杆菌
紫色杆菌ＣＶ０２６自身不能合成Ｃ６一ＨＳＬ，可通过产生紫色色
分子，这些细菌中通常存在ｌｕｘＩ基因或ｌｕｘＲ基因¨１。以自 体诱导物－２（ａｕｔｏｉｎｄｕｃｅｒ．２，简称ＡＩ－２）为信号分子的群体感
应系统在海洋生物发光细菌哈维氏弧菌中被发现，是最普遍
素报告存在外源的ＡＨＬ分子，特别是侧链长度为４～８个碳
ｉｓ
ｏｆ Ｕｓｉｎｇ Ｑｕｏｒｕｍ Ｓｅｎｓｉｎｇ Ｉｎｈｉｂｉｔｏｒｓ ｔｏ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｍｉｃｒｏｂｉａｌ Ｆｏｕｌｉｎｇ Ａｉ－ｌｉａｎ，ＦＡＮＧ ｌｉｎｇ＋ｅｔ ａｌ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｆｏｏｄ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｆｕｊｉａｎ Ａ甜ｃｕｌｔｕｒｅ ａｎｄ Ｆｏｒｅｓｔｒｙ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，
测量‘“。 ２理想群体感应抑制剂需具备的条件 设计或寻找理想的群体感应抑制剂需考虑以下因素旧Ｊ：
ＤＰＤ是由ｓ．腺苷高半胱氨酸经两步酶促反应合成的ｐ。。相 似地，在以自体诱导物．３（ａｕｔｏｉｎｄｕｃｅｒ一３，简称ＡＩ一３）为群体感 应的细菌细胞内也存在两种激酶。但是，其信号分子还未被
准确确定，其结构可能与儿茶酚胺类相似”１。
２０１５．１０．１２
①群体感应抑制剂需是低分子质量化合物，这种化合物可以 抑制群体感应相关基因的表达；②应对群体感应调节器有很 高的特异性；③群体感应抑制剂需对真核宿主无毒；④群体 感应抑制剂需不能干扰细菌细胞的基础代谢过程如蛋白质 的合成、ＤＮＡ的代谢、细胞壁的形成，否则会使细菌产生耐药
万方数据
３６
Ｆｕｚｌｌｏｕ，Ｆｕｊｉａｎ ３５０００２）
Ａｂｓｔｒａｃｔ
ｒｉａ
ｒｅｇｕｌａｔｅ
ｓｕｇｇｅｓｔ ｔｈａｔ ｉｆ
ｑｕｏｒｕｍ ｓｅｎｓｉｎｇ ｉｓ ｄｉｓｔｕｒｂｅｄ，ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｇｅｎｅ ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ ａｎｄ ｍｅｔａｂｏｌｉｓｍ ｏｆ ｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍｓ ｗｉｌｌ ｂｅ ａｆｆｅｃｔｅｄ，ｔｈｕｓ ａｆｆｅｃｔｉｎｇ ｍｉｃｒｏｂｉａｌ
通过使用阴离子洗涤剂ＳＤＳ作为外膜渗透探针进行外
膜渗透试验，发现肉桂精油的主要作用模式为在致死或亚致
抑制紫色杆菌产生紫色色素的能力。此外，在铜绿假单胞菌 中主要的３种Ｑｓ系统分别为妇、ｍＺ和ｐｑｓ系统。这３种系
统影响铜绿假单胞菌的全基因组序列中６％基因的表达。这
死浓度破坏细菌膜系统，随后增加抗生素进入细菌细胞的非
起使用于革兰氏阴性菌中展示协同作用。在Ｐｏｌｌｙ
Ｓｏｏ Ｘｉ Ｙａ
杆菌的紫色杆菌素的产生，但不影响细菌的生存能力。试验 证明，牛至精油抑制色素产生的原因可能为香芹酚抑制了编
码高丝氨酸内酯基因表达。在以前的研究中曾报道了富含 ３％香芹酚的果胶膜使鸡胸肉中的肠沙门氏菌和大肠杆菌 １５７：Ｉ－１７（４．３～６．８
ｓｅｎｓｉｎｇ ｉｎｈｉｂｉｔｏｒｓ Ｃａｌｌ ｂｅ ｕｓｅｄ ａｓ ａ ｖｉａｂｌｅ ｏｐｔｉｏｎ ｔｏ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｉｃｒｏｂｉａｌ ｆｏｕｌｉｎｇ．ｎｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｂｒｉｅｆｌｙ ｄｅ－ ｓｃｒｉｂｅｄ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｑｕｏｒｕｍ ｓｅｎｓｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ，ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ ｑｕｏｒｕｍ ｓｅｎｓｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ ｒｅｑｕｉｓｉｔｅｓ ｆｏｒ ｉｄｅａｌ ｑｕｏｒｕｍ ｓｅｎｓｉｎｇ ｉｎｈｉｂｉｔｏｒｓ．Ｗｅ ａｌ— ＳＯ ｈｉｇｈｌｉｇｈｔｅｄ ｆｏｕｒ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｐｌａｎｔ ｅｓｓｅｎｔｉａｌ ｏｉｌｓ ａｎｄ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ ｓｅｖｅｒａｌ ｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｗｈｉｃｈ Ｃａｌｌ ｂｅ ｕｓｅｄ ａｓ ｑｕｏｒｕｍ ｓｅｎｓｉｎｇ ｉａｈｉｂｉｔｏｒｓ。
特异性流动性¨””－。这些结果表明肉桂精油不仅有透过细
６％的基因中绝大多数与细菌特异性密度依赖的行为有关， 如胞外多糖的合成、生物膜的形成、群集运动、抗生素的产 生。铜绿假单胞菌的绿脓菌素是一个受ＱＳ系统控制的因 素，主要由拯系统调节。通过测量从稳定生长期铜绿假单
胞菌中制备的样本在５２０ ｌｌｍ处的光密度值，发现阿魏精油 显著地抑制绿脓菌素产物，表明阿魏精油抑制ｌａｓ系统。也
群体感应抑制剂的强弱依赖于其产生效果的浓度。根
据产生的作用和程度，观察抑制剂的效用。 ３．１植物精油抑制剂
养物，离心，沉淀不溶性紫色杆菌素；将不溶性紫色杆菌素颗
粒溶解于１ ＩＴｌｌ的二甲亚砜中，涡旋直到紫色色素被提取；接 着，再次离心去除细胞；在５８５ ｎｍ处测量含紫色色素上清液
３．１．１锡兰肉桂（Ｃｉｎｎａｍｏｍｕｍ ｖｅｒｕｍ）精油。研究表明，肉 桂精油有抗群体感应能力，是长链和短链ＡＨＬ群体感应系 统的潜在抑制剂。锡兰肉桂精油的气相质谱一色谱联用结
ｌｇ
等ｐ１研究中，在接种量约为１０５ＣＦＵ／ｍｌ的细菌培养液中，加 人体积比为０．０２％的肉桂精油或体积比为０．０２％肉桂精油 混合浓度为２５６恤∥ｒｄ哌拉西林。每４ ｈ对１００一样本进行
可行性计数，持续２４ ｈ。通过对比肉桂精油组与肉桂精油和
ＣＦＵ／ｇ）显著减少。这些结果反映低浓
哌拉西林混合使用组，发现肉桂精油对大肠杆菌Ｊ５３ Ｒｌ有抗
氨酸内酯（Ｎ．ａｃｙｌ．ｈｏｍｏｓｅｒｉｎｅ ｌａｃｔｏｎａｓｅ，ＡＨＬｓ）分子作为信号
确定以ＡＨＬ为信号分子的群体感应系统。根癌农杆菌 ＮＴＬ４（ｐＺＬｎ４）自身不产生ＡＨＬ分子。当存在外源ＡＨＬ分 子时，其Ｂ－半乳糖苷酶活性会被激活，使得培养基中的Ｘ．Ｇａｌ 被水解，从而产生蓝色。但是，它对短链的ＡＨＬ分子不敏 感，所以使用紫色杆菌ＣＶ０２６作为报告菌，进行二次检测。