细菌群体感应系统功能

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。

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。

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。

细菌群感应系统名词解释细菌群感应系统（bacterial quorum sensing system）指的是细菌通过分泌、感应和响应特定的信号分子来实现细菌之间的群体通讯和协作的一种机制。

以下是与细菌群感应系统相关的一些重要名词解释：1.信号分子（Signaling Molecules）：也称为自动感应物质（autoinducers），是由细菌分泌的低分子量化合物，用于在细菌群体中传递信息和触发特定的细胞响应。

2.信号接收器（Signaling Receptors）：指细菌细胞上的膜受体或细胞内的受体蛋白，用于感知和结合外源性信号分子，从而激活特定的信号传导路径。

3.感应子基因（Inducer Genes）：是受到细菌群感应系统的调控的基因，其表达在细菌接收到特定的信号分子后被激活或抑制。

4.强度阈值（Threshold Level）：指在细菌群体中信号分子的积累达到一定浓度，触发特定的细胞响应。

这个浓度被定义为感应子浓度阈值，用于区分单独细菌与群体感应响应之间的差异。

5.协同行为（Cooperative Behavior）：指在细菌群感应系统的调控下，细菌群体内的个体之间通过相互协作和协调来实现集体行为，如生物膜形成、生物降解、生物攻击等。

6.信号瓶颈（Signal Quenching）：指细菌内生产的酶或其他分子机制，用于降解或破坏外源性信号分子，从而调控群体通讯的频率和强度。

细菌群感应系统在细菌生物学中具有重要的意义，它们在维持细菌种群动态平衡、环境适应和感染病原性方面发挥着重要作用。

对细菌群感应系统的研究有助于理解细菌社会行为以及开发新型抗菌治疗方法。

综述Sum m ar i ze群体感应系统在病原菌巾的作用李杨(综述)李苏利(审校)(解放军二五二医院检验科河北保定071000)长久以来，人们一直认为细胞与细胞间的信息交流一般只在多细胞生物中发生。

20世纪90年代以来，大量的研究工作表明，单细胞的细菌中普遍存在着细菌与细菌之间的信息交流，并介导着一系列生理行为的调节。

这种信息交流就是细菌的群体感应。

1群体感应系统的概念及组成细菌可以合成一种被称为自身诱导物质(autoi nducer．A I)的信号分子，细荫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。

这一调控系统被称为群体感应系统(Q uonan-Sensi ng Sys t em Q S系统)…。

根据细菌合成的信号分子和感应机制不同，Q S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(A H L)类分子作为A I，革兰氏阳性细菌—般利用寡肽类分子(A l 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A I-2的信号因子，一般认为A I-2是种问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吲，这说明群体感应机制是极为复杂的。

2病原菌中的群体感应系统2．1革兰氏阴性病原菌中的群体感应系统革兰氏阴性细菌最常用的A I信号分子是A H L，A H L可在环境中浓集，达到一定浓度阈值时，能与受体蛋白的氨基残端结合，形成特定构象，从而调节某些功能基因的表达。

以A H L为信号分子的Q S系统在革兰氏阴性菌中，控制着多种细菌功能，如铜绿假单胞菌中的生物膜形成和毒力因子的产生；欧文菌和假单胞菌的抗生素合成，假结核耶尔森菌的细胞聚集及运动掣”。

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。

细菌群体感应信号分子（AHLs）的释放模式及其对生物膜形成的强化作用细菌群体感应信号分子（AHLs）的释放模式及其对生物膜形成的强化作用细菌群体感应是一种细菌自身通过释放信号分子来感知并响应整个菌群状态的行为。

细菌通过细菌群体感应（quorum sensing）来调控生命周期的不同阶段，如生长、生殖、生物膜形成以及生产致病因子等。

细菌群体感应的信号分子主要由感应信号分子N-acyl-L-谷氨酰脯氨酸（acyl-homoserine lactone，AHLs）组成，而AHLs在细菌生物膜形成中的作用备受关注。

AHLs的释放模式可以分为主动释放和被动释放两种方式。

在主动释放中，细菌通过酶的催化作用来合成和释放AHLs。

细菌中的合成酶通过催化酰基载体与谷氨酰脯氨酸反应，生成AHLs。

而在被动释放中，AHLs是从细菌细胞的溶胞液中泄漏出来，随着细菌生长的过程中逐渐积累。

不同的细菌在释放AHLs的模式上存在一定的差异，这取决于细菌菌株自身的特性以及环境因素的影响。

AHLs的释放对于细菌生物膜形成具有强化作用。

生物膜是由细菌聚集并通过一层黏多糖物质固定在生物或非生物表面上的结构，具有很强的粘附性。

生物膜通过细菌群体感应信号分子的调控，可以提供细菌之间的紧密联系并促进细菌在特定环境中的生存。

AHLs与细菌表面的受体结合后，可以激活转录因子的表达，进而启动特定基因的转录和翻译，促进生物膜的形成。

AHLs的存在可以增加细菌在生物膜上的黏附力，从而加强细菌在生物膜中的稳定性和生存能力。

除了对生物膜形成的强化作用外，AHLs还能够影响细菌的菌落结构和生态功能。

细菌群体感应信号分子的释放不仅可以促使细菌形成生物膜，还能够通过调控细菌的合作行为，实现菌落的整体协同作用。

细菌通过释放AHLs来实现互利共生和在特定环境中共同生存。

细菌群体感应信号分子AHLs的释放模式及其对生物膜形成的强化作用是目前研究领域的热点。

对于了解细菌群体行为、生物膜形成机制以及细菌感染与耐药机制的研究具有重要意义。

细菌群体感应调节系统的研究兽医学院2010级动物丁颖班周纯华201030710330摘要：细菌与细菌之间的信息交流是通过相互交换一种自动诱导物(autoinducer)的信号分子来实现的。

这种信息交换的过程被称为群体感应(quorum system)。

细菌根据这种特定信号分子浓度的变化来监测环境中其它细菌数量的变化。

细菌的群体感应系统分为种内和种间信息交流两大类。

细菌间的信息交流涉及到细菌的多种生理功能,如细菌的致病能力等。

因此研究细菌间的信息交流有可能找到一条新的防治细菌感染途径。

[1]关键词:群体感应；N-酰基高丝氨酸内酯(AHL)；多肽(AIP)；呋喃酰硼酸二酯(AI)长期以来人们一直以为只有多细胞生物中存在细胞与细胞之间细信息交流，而细菌往往被认为以单纯的单个细胞的生存方式存在于环境中。

然而进入20世纪90年代以后，人们认识到细胞间信息交流不限于真核生物，在原核生物如革兰氏细菌中同样存在着细胞与细胞之间的信息交流。

细菌根据这些信号分子的浓度监测周围环境中自身或其他细菌的数量变化，并通过信号分子发出信号，启动菌体中相关基因的表达，改变和协调它们之间的行为，共同展示出它们的某些生理特性，从而表现出单个细菌无法从事的某些生理功能和调节机制。

这一调控系统被称为细菌的群体感应调节（quorum sensing,QS）。

今年研究证实，QS参与细菌的多种生理行为和生物学功能的调控，包括菌体生物发光，浮游，生物膜形成，抗生素合成，病原致病因子产生等。

[2]1.细菌种内特异性的群体感应系统1.1革兰氏阳性细菌的群体感应系统革兰氏阳性细菌主要以多肽(autoinducing polypeptides,简称AIP)为信号分子。

[3]所有的AIP分子都是在细胞质中由前导肽切割、加工而成为成熟的信号分子。

AIP分子的氨基酸残基一般为8～9,C端第5位是一个保守的半胱氨酸,它与C末端的氨基酸残基以硫酯键相连,形成类酯。

细菌的群体感应调节系统Quorum sensing苏晓娜（10动物丁颖班201030710318）摘要：传统观念认为细菌是一种个体的、非社会性的生物体。

近来的研究表明细菌可以产生化学信号并通过它们实现细菌间信息传递。

细菌的群体感应调节系统(Quorum sensing, QS)调节着个体细胞之间的相互合作,使其表现出类似多细胞的群体行为。

本综述参考了近几年的文献报道，对QS的发现、分类、特点、功能、应用及前景等作简要介绍。

关键词：细菌群体感应调节系统信号传递进化应用合作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)。

[1]传统观念认为细菌是一种个体的、非社会性的生活方式。

而实际上, 细菌往往生活在一个相互作用的群体(Population)中, 通过各种各样分泌到细胞外的化合物行使着不同类型的相互作用。

[2]。

QS现象是于1977年在一种海洋发光细菌Vibrio fischeri中首次发现的，是细菌通过分泌可溶性信号分子来监测群体密度并协调细菌生物功能的信息交流机制。

[3]本文介绍细菌群体感应调节系统的发现及研究的过程，并从中探讨研究细菌群体感应调节系统的意义。

1细菌群体感应调节系统的概念细菌根据特定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中的变化,这一调控系统被称为细菌的群体感应调节系统。

[4]很多细菌会低水平地合成并分泌被称为自诱导物( autoinducer) 的小分子信号分子, 细菌通过这些信号分子进行信息的交流。

当信号分子浓度较低时, 它不足以诱导目的基因的表达。

但是信号分子的浓度会随着细菌浓度的增大而增大, 当其浓度达到阈值时, 就会诱导一些结构基因表达, 同时也诱导其自身合成基因的表达, 产生更多的信号分子来诱导结构基因和自身基因大量表达, 如此形成一种正反馈机制。