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
AHLs类群体感应信号分子刺激周丛生物提升磷去除的方法及生物除磷
专利名称：AHLs类群体感应信号分子刺激周丛生物提升磷去除的方法及生物除磷系统
专利类型：发明专利
发明人：吴永红,徐滢,王思楚,李云驹,常纪文,张建红
申请号：CN202010452440.6
申请日：20200526
公开号：CN111661977A
公开日：
20200915
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种AHLs类群体感应信号分子刺激周丛生物提升磷去除的方法及生物除磷系统，属于污水处理技术领域。
本发明在周丛生物培养阶段和培养结束后污水净化运行阶段，向周丛生物反应器内添加AHLs类群体感应信号分子，以促进对周丛生物形成至关重要的群体感应，促进微生物种间协作以及激发微生物的活性。
向周丛生物反应器中投加一定浓度一定比例的AHLs信号分子混合物，加快了周丛生物固定生长过程，提高了生物量，优化了周丛生物系统的除磷能力。
此方法具有工艺运行要求简单、稳定性高、处理效率高、投入成本低的特点，适用于高浓度磷污水磷的去除与捕获。
申请人：中国科学院南京土壤研究所
地址：210018 江苏省南京市玄武区北京东路71号
国籍：CN
代理机构：南京纵横知识产权代理有限公司
代理人：王玉
更多信息请下载全文后查看。
应用群体感应淬灭技术控制MBR膜污染的研究进展
应用群体感应淬灭技术控制MBR膜污染的研究进展HONG Qiankun【摘要】膜生物反应器(MBR)被广泛应用于污水的深度处理和回用.然而,膜表面的生物污染一直是MBR应用中的难题,至今仍未得到有效解决.研究结果表明,生物膜的形成与细胞间的群体感应(QS)有关,因此,通过干扰QS系统而阻止生物膜形成的群体淬灭(QQ)技术有望从根本上有效减缓MBR膜表面的生物污染.文中综述了微生物信号分子、QS机制以及各种控制MBR膜污染的QQ方法,为MBR膜生物污染控制技术的发展提供了相关信息.【期刊名称】《净水技术》【年(卷),期】2019(038)006【总页数】6页(P63-68)【关键词】膜生物反应器;(MBR)膜污染;群体感应(QS);群体淬灭(QQ)【作者】HONG Qiankun【作者单位】【正文语种】中文【中图分类】X703.1近三十年来，膜生物反应器(MBR)以其处理效率高、占地面积小、污泥产量少等优点[1-2]日益受到人们的关注，MBR相关的研究与实际应用得到了快速的发展。
但是，在MBR运行过程中不可避免会产生膜生物污染，它是由有害微生物附着在膜表面或膜孔内生长形成的生物膜，这些膜生物污染将导致MBR运行成本大大提高，极大地制约MBR的进一步推广[3-4]。
MBR混合液中直接与膜接触的成分对于膜污染的形成与控制具有重要意义，其中生物膜污染比其他类型的膜污染(如颗粒污染、有机污染和无机污染)要复杂得多，这是因为膜上微生物的生长是自发的。
目前，常用的抗生物膜污染策略主要有：生物膜的物理/化学清洗、新型膜材料的使用、混凝剂或化学药剂的添加、操作条件的优化等[5-6]。
然而，这些传统的膜污染减缓方法不足以应对复杂的生物膜污染现象。
通过向反应器内投加粉末活性炭(PAC)或混凝剂(无机、有机、生物)来改变污泥混合液的成分或性质，有助于减少膜污染，但是添加剂的注入可能会改变污水的组成，影响溶液pH及微生物降解能力等[4]。
AHLs_介导的群体感应和群体淬灭对植物-根际微生物相互作用的影响
中国生态农业学报(中英文) 2024年1月 第 32 卷 第 1 期Chinese Journal of Eco-Agriculture, Jan. 2024, 32(1): 1−14DOI: 10.12357/cjea.20230414张清旭, 李建鹃, 郭玥, 王炎炎, 彭艳晖, 王裕华, 胡明玥, 林文雄, 吴则焰. AHLs介导的群体感应和群体淬灭对植物-根际微生物相互作用的影响[J]. 中国生态农业学报 (中英文), 2024, 32(1): 1−14ZHANG Q X, LI J J, GUO Y, WANG Y Y, PENG Y H, WANG Y H, HU M Y, LIN W X, WU Z Y. Effects of quorum sensing and quorum quenching mediated by AHLs on plant-rhizosphere microbial interactions[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2024, 32(1): 1−14AHLs介导的群体感应和群体淬灭对植物-根际微生物相互作用的影响*张清旭1, 李建鹃2, 郭 玥1, 王炎炎1, 彭艳晖1, 王裕华1, 胡明玥1, 林文雄1,吴则焰1**(1. 福建农林大学菌草与生态学院 福州 350002; 2. 福建省林业调查规划院 福州 350003)摘 要: 根际是由植物根系和土壤微生物之间相互作用形成的一种特殊环境, 根际微生物群落的宏基因组是植物微生物组的重要组成部分。
植物与根际微生物之间的相互作用是一个复杂的过程。
在根际环境中, 微生物群落利用复杂的种内和种间信号传导机制招募特定的微生物, 协调并控制混合群落的行为, 从而影响植物的生长发育和健康。
根际微生物能够自发产生、释放特定的信号分子, 并能感知其浓度变化, 从而调节微生物的群体行为, 这一调控系统称为群体感应(quorum sensing, QS)。
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。
近岸海洋细菌的群体感应与生物膜形成关系
近岸海洋细菌的群体感应与生物膜形成关系黄妙琴;郭峰;柯才焕【摘要】检测分离获得的43株海洋细菌的群体感应信号分子及生物膜形成能力,评估细菌群体感应信号分子与生物膜形成能力之间的关系.结果显示,高丝氨酸内酯类化合物活性菌株(10株)中90%的菌株(9株)有很强的生物膜形成能力,且10株中的7株(70%)所形成的生物膜存在明显的细胞团.具有AI-2活性的菌株中67%的菌株具有较强的生物膜形成能力.结果中具有AHLs活性的菌株往往形成强的生物膜,并常能形成较大的细胞团.许多不能产生群体感应信号分子的菌株也具有较强的生物膜形成能力,可见对于环境细菌,群体感应信号分子的存在特别是AHLs的存在,趋向于是细菌生物膜形成的充分非必要条件.【期刊名称】《厦门大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2010(049)006【总页数】8页(P863-870)【关键词】AHLs;AI-2;生物膜;群体感应;弧菌;芽孢杆菌【作者】黄妙琴;郭峰;柯才焕【作者单位】厦门大学海洋与环境学院海洋技术与工程系,福建,厦门,361005;厦门大学海洋与环境学院海洋技术与工程系,福建,厦门,361005;厦门大学海洋与环境学院海洋技术与工程系,福建,厦门,361005【正文语种】中文【中图分类】Q9320世纪70年代最早在海洋发光细菌费氏弧菌(Vibrio fischeri)中发现群体感应(Quorum sensing,简称QS)现象[1],它是细菌之间信息交流的一种方式,即细菌产生一些称为自诱导物(Autoinducer,AI)或信号分子的小分子化学物质进入环境中,并通过感应信号分子浓度感知细菌群体的密度,从而调控特定基因的表达[2].已有的研究表明,革兰氏阴性细菌产生的信号分子为N-乙酰高丝氨酸内酯(Acyl-homoserine lactones,AHL),革兰氏阳性细菌则以寡肽类(Autoinducingpeptide)为信号分子,这两种信号分子具有种内特异性.除此外,许多革兰氏阴性和阳性细菌都可以产生一类呋喃酰硼酸二酯(Furanosylbaoratediester, AI-2)的信号分子,与前面两种信号分子不同,一般认为AI-2是自然状态下细菌种间细胞交流的通用信号分子.目前已知群体感应系统能够调控细菌的多种生物学功能如生物发光、抗生素合成、致病基因的表达、群游现象和生物膜的形成等[3].细菌生物膜存在于生活中的方方面面,它是一些微生物细胞由自身产生的多聚基质(主要为多糖)所包围而形成的,且附着在浸有液体的惰性或生物表面的,常具有结构的聚合体.在自然水环境的固体表面、临床医学、工业环境中都观察到生物膜的存在[4].在污水处理净化中,生物膜的作用至关重要,而在医学上的一些致病菌所形成的生物膜往往是一些慢性和顽固性疾病难以根治的主要原因[5].在海洋环境中,细菌生物膜是污损生物的重要组成部分,并且能诱导海洋污损动植物的附着变态,与生物污损的形成关系密切[6-7].生物膜形成过程中群体感应系统的调控受到学者的关注.Davies等[8]将群体感应与生物膜形成联系在一起,研究发现不能产生特定AHLs信号分子的铜绿假单胞杆菌(Pseudomonas aeruginosa PA01)突变菌株形成了扁平、均质的生物膜,而野生型菌株则形成了有结构的、异质化的生物膜.人为添加信号分子后,突变菌株又能形成成熟的生物膜,证实信号分子在铜绿假单胞杆菌生物膜的形成过程中的作用,类似的发现在革兰氏阳性菌(Streptococcusmutans)中也有同样的报道[9].生物膜与群体感应系统之间的关系的研究主要集中在医学上,在环境中特别是海洋环境中的单一细菌群体感应现象与其生物膜形成能力的关系未见相关报道.由于海洋细菌的多样性,采用模式菌进行研究往往不具有代表性.在本研究中,我们检测了数十株近岸海洋细菌的AHLs和AI-2群体感应系统与其生物膜形成能力的关系.研究结果将为深入了解海洋细菌生物膜形成机制及其生理生态提供参考.实验所检测的菌株均分离自厦门附近岸域,为本实验室保藏菌株.待测菌株采用16SrRNA基因序列分析法鉴定种类.平板划线得出菌株单菌落,挑取单菌落进行PCR扩增.采用通用细菌引物27F(5′-AGAGTTTGATCCTGGCTCAG-3′)和1492R(5′-GGTTACCTTGTTACGACTT-3′).PCR反应体系为25 μL,反应条件:94℃3min;94℃30 s,50℃30 s,72℃90s,循环30次;72℃延伸10min.反应后,经质量分数为1%的琼脂糖电泳,检测扩增片断大小和特异性.扩增产物经纯化后,送厦门闽博生物技术有限公司测试.序列在GenBank中利用BLAST进行比对.除本实验室分离的待测菌外,铜绿假单胞杆菌由丹麦 Tim Tolker-Neilson教授赠送;根癌脓杆菌(Agrobacterium tumefaciens JZA1)[KYC55(pJZ372)(pJZ384)(pJZ410),Ti-]由南京农业大学朱军教授惠赠;哈维氏弧菌(Vibrio harveyi)BB170 (luxN::Tn5:sensor1-,sensor2+)、哈维氏弧菌BB120为ATCC保藏菌株.待测菌上清液与AHLs检测菌株根癌脓杆菌 KYC55共培养,根据根癌脓杆菌KYC55产生的β-半乳糖苷酶的活性来测定AHLs的量.采用Bassler等[10]以哈维氏菌构建的生物发光检测菌哈维氏弧菌BB170来定量AI-2活性,此检测系统通过将哈维氏弧菌BB170与待测菌株的上清液共培养,根据哈维氏弧菌BB170的发光强度来定量待测菌株产生AI-2的量.哈维氏弧菌BB120为野生株,能够产生AHLs和AI-2,在AI-2检测实验中,以哈维氏弧菌BB120的上清液诱导哈维氏弧菌BB170的发光值为阳性对照.待测菌株均在2216E(蛋白胨5 g,酵母浸粉1.0 g,磷酸高铁0.1g,pH7.0,1000mLLyma和Fleming配方人工海水[11])中培养,AT培养基[12]用于培养根癌脓杆菌KYC55菌株及AHLs活性检测,AB培养基[13]用于培养哈维氏弧菌BB170菌株及AI-2活性检测,培养及实验检测温度一般控制在30℃.待测菌上清液制备方法:待测菌株分别接种到液体2216E培养基中,振荡培养24 h,收集菌液,6000 r/min,离心5min,取上清,用0.22μm孔径的针筒过滤器(Millex-GP,Millipore,美国)过滤除菌即得到纯上清液并分装成小份,-20℃无菌保存备用. 1.2.1 AHLs活性检测将100μL待测菌上清液添加入接种有检测菌根癌脓杆菌KYC55的AT培养基(900μL)中,28℃振荡培养过夜,收集菌液,酶标仪(680XR,Bio-Rad,美国)测其在600nm的吸光值(OD600),然后测定菌液的β-半乳糖苷酶活性,其测定方法参照Miller[14]的方法:在2mL的离心管中依次加入检测菌液0.2mL,Zbuffer(Na2HPO4·7H2O 16.1 g,NaH2PO4·H2O 5.5 g,KCl0.75g,MgSO4·7H2O 0.245 g,β-mercaptoethanol2.7mL,pH 7.0,蒸馏水1000mL,4℃保存)0.8mL,质量分数为0.05%的十二烷基硫酸钠10μL,氯仿15μL,震荡10 s,加入4mg/mL邻硝基苯-α-D-吡喃葡萄糖苷(ONPG)0.1mL,开始记时,当溶液变黄时,加入1mol/LNa2CO30.6mL中止反应,记录时间为 T(如果溶液没变黄,120min后停止实验),将终止的反应液离心(10000 r/min,3min),取上清测其420nm处的吸光值(OD420),根据酶活力的定义,按照以下公式计算β-半乳糖苷酶活性:式中 T以min为单位,V代表反应中的菌液的体积.已有相关报道[8]明确铜绿假单胞杆菌PA01能够产生AHLs活性,因此在本实验以其为阳性对照菌.此外在实验中还以10μmol/L N-(β-Ketocaproyl)-DL-homoserine lactone(Sigma,美国)为阳性对照,以新鲜的2216E培养液为阴性对照.AHLs活性测定改良Zhu等[15]的方法.1.2.2 AI-2活性检测检测方法参考文献[16],简述如下:哈维氏弧菌BB170在AB培养基中过夜培养,用新鲜的AB培养液按1∶5000稀释,在白色不透明的96孔板(Costar, Corning,美国)孔内分别加入180μL的哈维氏弧菌BB170稀释液和20μL待测菌的上清液,以2216E培养液为阴性对照,哈维氏弧菌BB120的上清液为阳性对照.将96孔板置于30℃中培养,用酶标仪(Genios-DNA,Tecan,瑞士)检测哈维氏弧菌BB170的发光值,实验结果为5 h的化学发光值.以哈维氏弧菌BB120的无菌上清液为阳性对照,新鲜的2216E培养基为阴性对照.AI-2活性测定参考Bassler等的研究[17],以哈维氏弧菌BB120诱导BB170的发光值为AI-2活性100%,实验数据给出的AI-2活性值是待测菌诱导哈维氏弧菌BB170的发光值与哈维氏弧菌BB120诱导的哈维氏弧菌BB170的发光值的百分比值.采用结晶紫染色法在96孔板中检测细菌生物膜的形成能力[18],挑取单菌落至液体2216E中过夜培养,接种1μL菌液到装有2216E培养基200μL的96孔板孔中,30℃下培养20 h,用酶标仪(680XR,Bio-Rad,美国)测600 nm处的吸光值,即为悬浮菌的OD600值,弃去培养液,甲醛溶液固定5min,洗去固定液,加入质量分数为0.1%的结晶紫水溶液50μL染色5min,弃去染色液,用去离子水洗至液体无色,倒置微生物镜(DMIL,LeicaMicrosystems,德国)观察生物膜的结构并拍照,自然干燥后,加200μL无水乙醇洗脱,测600 nm处的吸光值,以OD600值评估生物膜量,实验设3个平行组.以细菌16SrRNA基因序列测定并与NCBI数据库中的序列进行同源性比较,比对结果如表1所示.分离出的43株菌可分为3个类群,6株α-变形杆菌亚门(α-Proteobacteria),25株γ-变形杆菌亚门(γ-Proteobacteria),12株革兰氏阳性菌(Gram-positive).在α-变形杆菌亚门中有 3株属于红细菌目(Rhodobacteraceae),其中有 1株玖瑰杆菌(Roseobacter sp.),赤细菌(Erythrobacter sp.)、副球菌(Paracoccus sp.)、短波单胞菌(Brevundimonas sp.)各有1株;γ-变形杆菌亚门有8个属,弧菌(Vibrio sp.)12株,交替假单胞菌(Pseudoalteromonas sp.)3株,希瓦氏菌 (Shewanella sp.)3株,假单胞菌(Pseudomonas sp.)2株,盐单胞菌(Halomonas sp.)2株,交替单胞菌(Alteromonas sp.)、产微球茎菌(Microbulbifer sp.)、发光杆菌(Photobacterium sp.)各1株;革兰氏阳性菌中芽孢杆菌(Bacillus sp.)11株,喜盐芽孢杆菌(Halobacillus sp.)1株.如表1所示,有10株菌的AHLs活性大于300 Millerunits,分布在2个类群,1株为α-变形杆菌亚门,9株为γ-变形杆菌亚门.具有AHLs活性的菌株分别来自弧菌(7株),盐单胞菌(1株),希瓦氏菌(1株),玖瑰杆菌(1株).弧菌中58.3%的菌具有AHLs活性,弧菌属细菌SW1、AN4、OYO4的AHLs活性均超过4000Miller units,与铜绿假单胞杆菌 PA01(4 449 Millerunits)相当,具有较强的AHLs活性.本实验中具有AHLs活性的菌株只存在于革兰氏阴性中,所有革兰氏阳性菌均不具有AHLs活性. 细菌AI-2活性检测结果见表1,以菌株哈维氏弧菌BB120诱导哈维氏弧菌BB170的发光值为100%活性,表 1给出的是各实验菌株诱导哈维氏弧菌BB170的发光值占BB120诱导BB170的发光值的百分比.在43株菌中AI-2活性大于20%的菌有15株,占待测菌数的34.9%,在3个类群中都有发现,包括α-变形杆菌亚门(1株),γ-变形杆菌亚门(9株),革兰氏阳性菌(5株),分别来自于短波单胞菌(1株),弧菌(7株),希瓦氏菌(1株),产微球茎菌(1株),芽孢杆菌(5株).弧菌AN4、芽孢杆菌SP1-1的AI-2活性分别达到89.0%、108.3%,具有较强的AI-2活性.AI-2活性在10%～20%之间的菌株有20株,α-变形杆菌亚门2株,γ-变形杆菌亚门13株,革兰氏阳性菌5株.诱导发光强度大于10%的菌株共有35株,占总菌数的81. 4%.阴性对照(仅添加2216E培养基)诱导菌株哈维氏弧菌BB170的发光值为0.48%.将待测菌接种到96孔板,30℃静置培养20h,采用结晶紫染色法测定其生物膜形成能力,反映生物膜量的OD600值见表1,28株菌的生物膜的结晶紫染色洗脱液OD600值超过1.0,其中有17株菌的OD600值大于1.5,视为成膜能力强的菌株.这17株菌分属于α-变形杆菌亚门2株,γ-变形杆菌亚门14株,革兰氏阳性菌1株.用倒置显微镜观察待测菌在微孔板内形成的生物膜结构,有18株菌所形成的细胞团的直径大于20μm,包括弧菌7株,芽孢杆菌3株,假单胞菌、交替单胞菌、交替假单胞菌、希瓦氏菌、玖瑰杆菌、盐单胞菌、产微球茎菌、副球菌各有1株.17株生物膜形成能力强菌中有14株菌所形成的细胞团的直径大于20 μm,另外3株菌(希瓦氏菌1株,弧菌2株)所形成的细胞团的直径在10～20μm之间.图1显示的是倒置显微镜拍摄的4株细菌在96孔板中所形成的生物膜.与菌BFI1、SP1-1的生物膜相比,菌株AN4和SP1-4所形成的生物膜表面不均一,团聚现象明显,并不是均匀平铺在基底表面.细菌群体感应信号分子与生物膜形成能力的关系汇总见表2.表中把β-半乳糖苷酶的活性值大于300 Millerunits的菌株定为AHLs活性强的菌株,AI-2活性值大于20%时,为AI-2活性强的菌株,低于10%的菌株AI-2活性较弱或者无AI-2活性.生物膜的结晶紫染色洗脱液OD600大于1.0的菌株定为生物膜形成能力较强的菌株,而小于该值定为生物膜形成能力相对较弱的菌株.本文10株具有AHLs活性的菌株均为革兰氏阴性菌,其中90%的菌株具有强的生物膜形成能力,仅有1株菌的生物膜形成能力较弱,这10株菌中细胞团直径大于20μm的菌株达到70%,只有2株菌的细胞团直径小于10μm.对于几乎没有AHLs 活性的菌株来说,生物膜的形成能力菌相对分散,且形成的细胞团的直径也大小不一. AI-2活性普遍存在于本实验所检测的菌株(诱导发光强度大于10%的菌株占总菌数的81.4%),相比与AHLs活性,AI-2活性与其生物膜形成能力之间的相关性较低,在不同的AI-2活性菌中生物膜形成能力强的菌株分布的概率是类似的,但是所形成的细胞团直径的大小存在着差异.在AI-2活性大于20%的15个菌株中细胞团直径大于20μm的菌株达到53%,只有15%的菌株细胞团直径小于10μm,而在无AI-2活性的菌株中,细胞团直径小于10μm的菌株达到63%,仅25%的菌株形成大的细胞团.本实验中生物膜形成能力强的17株菌(洗脱液OD600值大于1.5)中有15株菌(88.2%)具有AHLs活性或AI-2活性或者两者都有.图2是AHLs活性、AI-2活性及生物膜成膜能力的菌株分布示意图,由图可知,具AHLs活性菌株大都为成膜能力强的菌株;与AHLs活性菌株相比,AI-2活性菌株只有一半左右的菌株成膜能力强;同时具有AHLs及AI-2活性的菌株(4株)均具有较强的生物膜形成能力.可见,AHLs活性与成膜能力具有很强的相关性,而AI-2活性与成膜能力之间的相关性相对较低.目前主要采用检测菌产生特征性的变化检测群体感应信号分子的存在和浓度,该方法操作简便,费用较低且能进行高通量检测.如McClean等[19]采用转座子构建的紫色杆菌突变株CV026,通过紫色素的产生来检测AHLs的存在;大肠杆菌(pKDT17)可以确定长链AHLs的存在[20];Farrand等[21]构建根癌脓杆菌NT1(pZLR4),它对酰基侧链C-3羰基取代的AHLs敏感性强.但是以上这些生物检测菌对不同酰基侧链长度以及不同取代基的AHLs分子具有不同程度的敏感性,如CV026不能检测侧链长度大于10个碳原子的AHLs,大肠杆菌(pKDT17)不能检测短链AHLs和3-羟基AHLs.Zhu等[17]进一步构建根癌脓杆菌KYC55(pJZ384)(pJZ410)(pJZ372),通过β-半乳糖苷酶活性检测AHLs的存在,其检测的AHLs种类很多,而且检测灵敏度很高,对某些AHLs的最低检测浓度达到5 nmol/L.本文采用根癌脓杆菌 KYC55检测AHLs的存在,最大程度排除由于生物检测菌自身的局限性而产生的假阳性或者假阴性结果,因此得到的结果可靠性较高.另一方面,在迄今为止所发现的能产生AI-2的菌株中,AI-2的生物合成途径及合成过程的中间体都是一样的,且都需要LuxS蛋白的参与[22],因此可用PCR扩增luxS基因的核心序列间接检测菌株是否具有AI-2活性.目前通用的AI-2检测方法是通过把待测菌上清液与菌株哈维氏弧菌BB170共培养,根据哈维氏弧菌BB170的发光情况来检测是否具有AI-2活性,该方法能够直接检测AI-2的存在.群感效应的存在与生物膜息息相关.这是因为,在群感效应过程中,细菌的密度(这里的密度,指的是三维空间分布密度,即单位体积中的细胞个数)往往要达到很高,而自然情况下,悬浮细菌往往至多只能达到108～109mL-1,一般小于107mL-1,在成熟生物膜中的细菌则可达到1011mL-1以上.此外,如果水体是开放性的,信号分子必然会很快地扩散到水体中,难以发挥其作用.而生物膜的存在方式是细菌的聚集体,大量细胞被胞外多聚物所包被有利于将信号分子保持在细菌个体周围.Huang等[23]从天然生物膜中分离了68株菌,并在21株菌中检测到AHLs活性,该文作者认为在天然生物膜形成过程中,AHLs起着重要的作用.本实验中具有AHLs活性的菌株往往形成强的生物膜,并能形成较大的细胞团.一般认为AHLs具有种内特异性,细菌通过分泌AHLs调控自身的生物膜的形成.另一方面,信号分子AI-2更普遍存在于本实验所检测的菌株中,相对于AHLs,菌株AI-2信号分子活性与其生物膜形成能力之间的相关性较低.但是考虑到自然环境中复杂的多菌种生物膜及AI-2的种间非特异性,AI-2信号分子在调控混合生物膜中起着重要的作用.McNab[24]等研究表明AI-2对 Streptococcus gordonii和Porphyromonas gingivalis的混合生物膜的形成是必需的.我们推测在自然环境中,细菌向外分泌AI-2信号分子,影响其它属的细菌共同形成生物膜.生物膜的形成受外界环境、细菌本身(鞭毛、纤毛、胞外聚合物、群体感应)等因素共同影响,本实验中许多不能产生群体感应信号分子的菌株也具有较强的生物膜形成能力,可见对于环境细菌,群体感应信号系统的存在,特别是AHLs系统的存在趋向于是细菌生物膜形成的充分非必要条件.分析本实验中两个优势种群弧菌和芽孢杆菌群体感应信号分子与生物膜形成能力之间的相关性.在弧菌中,群体感应系统影响生物膜的形成已有相关的报道[25],本实验所检测的12株弧菌中的11株能产生群体感应信号分子,且在这11株弧菌中只有1株菌的生物膜的形成能力较弱(OD600=0.53)其余都具有较强的生物膜形成能力,进一步证实在弧菌属细菌中AHLs与生物膜形成之间的密切关系是普遍存在.芽孢杆菌属细菌的生物膜普遍存在于自然环境中,但是在我们所分离检测的所有11株芽孢杆菌属细菌中,除2株菌生物膜形成能力较强外(OD600>1.0),其余菌株生物膜形成能力相对较弱,考查其信号分子活性,只有2株菌的AI-2活性小于10%,芽孢杆菌属细菌群体感应信号分子AI-2可能不能调控自身的生物膜形成.本实验中其他属的细菌株数较少,实验所获得的数据不能较准确地判断其他属的群体感应信号分子与生物膜形成能力之间的相关性.本文采用生物方法检测海洋细菌的群体感应信号分子的活性,但测定各菌株分泌的AHLs的具体种类可经过反相C18薄层色谱(TLC)或者HPLC进一步检测,这将是我们后续的工作.致谢:感谢南京农业大学朱军教授赠送菌株根癌脓杆菌,感谢丹麦Tim Tolker-Neilson教授赠送铜绿假单胞杆菌.【相关文献】[1] Hastings JW,Nealson KH.Bacterial bioluminescence [J].AnnuRevMicrobiol,1977,31:549-595.[2] MillerMB,BasslerBL.Quorum sensinginbacteria[J]. Annu RevMicrobiol,2001,55:165-199.[3] FederleM J,Bassler BL.Interspeciescommunication in bacteria[J].JClinInvest,2003,112(9):1291-1299.[4] DaveyM E,O′To ole GA.Microbialbiofilms:from ecology to moleculargenetics[J].Microbiol Mol Biol Rev, 2000,64(4):847-867.[5] MortonL,GreenwayD,GaylardeCC,etal.Consideration of someimplicationsof the resistanceof biofilms to biocides[J].InternationalBiodeterioration&Biodegradation,1998,41(3/4):247-259.[6] Wieczorek SK,Todd CD.Inhibitionand facilitationof settlementof epifaunalmarine invertebrate larvaebymicrobialbiofilm cues[J].Biofouling,1998,12(1):81-118.[7] Qian PY,Lau SC,Dahms HU,etal.Marinebiofilmsas mediatorsof colonization bymarinemacroorganisms:implications for antifouling and aquaculture[J].MarBiotechnol(NY),2007,9(4):399-410.[8] DaviesDG,Parsek M R,Pearson JP,etal.Theinvolvementof cell-to-cellsignalsin thedevelopmentof abacterialbiofilm[J].Science,1998,280(5361):295-298.[9] Li YH,TangN,AspirasMB,etal.A quorum-sensing signaling system essential for genetic competence in Streptococcusmutans isinvolvedinbiofilmformation[J].JBacteriol,2002,184(10):2699-2708.[10] BasslerBL,WrightM,Showalter RE,etal.Intercellularsignallingin Vibrioharveyi:sequenceand functionof genesregulatingexpressionofluminescence[J].MolecularMicrobiology,2006,9(4):773-786.[11] LymanJ,Fleming positionof seawater[J].J Mar Res,1940,3(2):134-146.[12] FuquaWC,WinansSC,Greenberg EP.Quorum sensinginbacteria:the LuxR-LuxIfamilyof celldensity-responsivetranscriptional regulators[J].JBacteriol,1994, 176(2):269-275. [13] Greenberg EP,HastingsJW,UlitzurS.Inductionof luciferasesynthesis in Beneckea harveyi by othermarine bacteria[J].ArchivesofMicrobiology,1979,120(2):87-91.[14] Miler JH.Experimentsinmoleculargenetics[M].NY: Cold Spring Harbor,1972.[15] Zhu J,Chai Y,Zhong Z,etal.Agrobacterium bioassay strain for ultrasensitive detection of N-acylhomoserine lactone-typequorum-sensingmolecules:detectionof autoinducersin Mesorhizobium huakuii[J].Appl Environ Microbiol,2003,69(11):6949-6953.[16] SuretteMG,BasslerBL.Quorum sensingin Escherichiacoli and Salmonella typhimurium[J].ProcNatlAcad SciUSA,1998,95(12):7046-7050.[17] BasslerBL,Greenberg EP,StevensAM.Cross-species inductionof luminescencein thequorum-sensingbacterium Vibrio harveyi[J].JBacteriol,1997,179(12):4043-4045. [18] O′TooleGA,PrattLA,Watnick PI,etal.Geneticapproaches to study of biofilms[J].Methods Enzymol, 1999,310:91-109.[19] Mcclean KH,WinsonM K,FishL,etal.Quorumsensing and Chromobacterium violaceum:exploitationofviolacein productionand inhibition for thedetectionof N-acylhomoserinelactones[J].Microbiology,1997,143(12):3703-3711.[20] Pearson JP,Passador L,IglewskiBH,etal.A second N-acylhomoserine lactone signal produced by Pseudomonasaeruginosa[J].Proc Natl Acad SciUSA,1995, 92(5):1490-1494. [21] Farrand SK,Qin Y,Oger P.Quorum-sensing systemof Agrobacteriumplasmids:analysisand utility[J].Methods Enzymol,2002,358:452-484.[22] MillerMB,BasslerBL.Quorumsensinginbacteria[J]. AnnuRevMicrobiol,2001,55:165-199.[23] Huang YL,KiJS,Case RJ,etal.Diversity and acylhomoserine lactone production among subtidal biofilmformingbacteria[J].AquaticMicrobial Ecology,2008,52 (2):185-193.[24] McnabR,FordSK,El-SabaenyA,etal.LuxS-basedsignaling in Streptococcusgordonii:autoinducer 2 controls carbohydrate metabolism and biofilm formation with Porphyromonas gingivalis[J].JBacteriol,2003,185 (1):274-284.[25] VanceRE,ZhuJ,MekalanosJJ.Aconstitutivelyactive variant of the quorum-sensing regulator LuxO affects proteaseproductionandbiofilm formationin Vibrio cholerae[J].Infect Immun,2003,71(5):2571-2576.。
基于群体感应的弧菌生物膜形成、耐
刘雪晴，吕欣然，白凤翎，等. 基于群体感应的弧菌生物膜形成、耐药性及其控制研究进展[J]. 食品工业科技，2023，44（2）：445−452. doi: 10.13386/j.issn1002-0306.2022020156LIU Xueqing, LÜ Xinran, BAI Fengling, et al. Biofilm Formation, Antimicrobial Resistance and Control of Vibrio Based on Quorum Sensing: A Review[J]. Science and Technology of Food Industry, 2023, 44(2): 445−452. (in Chinese with English abstract). doi:10.13386/j.issn1002-0306.2022020156· 专题综述 ·基于群体感应的弧菌生物膜形成、耐药性及其控制研究进展刘雪晴1，吕欣然1,2, *，白凤翎1，励建荣1（1.渤海大学食品科学与工程学院，辽宁锦州 121013；2.大连工业大学，海洋食品精深加工关键技术省部共建协同创新中心，辽宁大连 116034）摘 要：弧菌属是一种水生革兰氏阴性致病菌，既可引起人类食物中毒和伤口感染，还容易导致海产品腐败变质。
由群体感应调控的生物被膜形成是造成弧菌产生耐药性和感染的重要原因。
本文针对弧菌的群体感应、生物膜形成和耐药性产生之间的机制进行综述，概述了弧菌群体感应系统，论述了弧菌群体感应系统与其生物膜形成的相关性，从限制杀菌剂渗透、引发细菌表型适应性和耐药基因水平传递三方面重点阐述了弧菌生物膜形成对其耐药性的影响，并进一步总结了化学合成类、植物源和微生物源等群体感应抑制剂控制弧菌生物膜的研究现状，旨在为解决弧菌引起腐败和食源性疾病控制提供借鉴与参考。
微生物的群体感应信号分子(综述)
微生物的群体感应信号分子(综述)
陈峰
【期刊名称】《上海农业学报》
【年(卷),期】2005(21)1
【摘要】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.本文将就环境因素对群体感应过程的影响、自诱导物的检测、纯化及鉴定,和国内外的研究进展进行总结.
【总页数】5页(P98-102)
【作者】陈峰
【作者单位】上海交通大学生命科学与技术学院,上海,200240
【正文语种】中文
【中图分类】Q935
【相关文献】
1.微生物群体感应调节信号分子N-酰化高丝氨酸内酯研究进展 [J], 余斌;方园;段迎超;谢智宇;李洪娟;张恩;刘宏民
2.粉纹夜蛾中肠微生物中产AHLs群体感应信号分子菌株的分离鉴定 [J], 黄媛媛;
马宏;贾振华;黄亚丽;宋水山;张霞
3.高分子刷/银纳米粒子复合表面增强拉曼散射基底检测群体感应信号分子 [J], 王向东;张倩;褚立强
4.真菌群体感应信号分子及群体感应猝灭的研究进展 [J], 高婧; 彭梦雪; 梁志宏
5.革兰氏阴性细菌群体感应信号分子AHL结构类似物的合成及活性研究 [J], 马浩迪;李莹;肖红艳;李荣庆;权春善;张丽影
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
群体感应系统在细菌生物被膜耐药性形成中的调控机制
４ ０ ５ ４ ０ ０ ）
蔽群｛ 水感 应 系 统 是 仃 存 于细 菌 个 体 、 实现信息传递 的
－
达进行调控 ， 进 而调 节 细 胞群 体 生 物 被 膜 的形 成 。 研 究发现 ， 不 同 的革 ？ ！『 ； ｝ ｌ 性 菌种 ， 群 体 感 应 系 统 的 调 途 径 也 各 小 相 同 。 】 。在 葡 萄 球 菌 属 中， 是 高 度 保 守 的 Ｗａ ｌ Ｋ／ Ｗａ ｌ Ｒ （ 也 称 Ｙｙ ｃ Ｇ ／ Ｙ ｙ ｃ Ｆ ） 双 组分 系统 ， 而 链 球 菌 属 巾 ， 是 组 氨 酸蛋 Ｆ ｛ 激 酶 和 调 节 响 应 蛋 白双 组 分 系 统 ， 对 菌 群 牛 物 被 膜 的 形成具有直接调节作 用。此外 ， 在 革 兰 阳忭 菌 巾 ， 还存 在着 一 些 子 调 节 着 生 物 被 膜 的 形 成 。 其 中 ， Ｒ ＮＡ 核 酸 聚 合 酶 Ⅲ （ ＲＮ ＡⅢ ） 能利于会 黄色葡 萄球 菌群体 形成 成熟 的乍 物被 膜 ， 但 是 ＲＮＡⅢ蛋 Ｉ 抑 制 肤 则 叫 显 抑 制 牛 物 被 膜 的 形 成 “ ’ Ｊ 。 而 在 表 皮 葡 萄球 菌 巾 ， 群体感应 系统 相关 的调节 子 Ｓ ａ ｒ ａ 与， ｝ 三
物 被 膜 密切 卡 ｝ １ 炎 ， 是 其 调 节 物 被 膜 牛 成 的 凋 节 子 “ 】 。 然而 ， 也彳 丁 物 被 膜 肜 成 调 控 机 制 研 究 显示 ， 发 现 兰 阴
一
利 ｔ 将遍机制 ， 通 过 细两 胞体 合 成 、 分 泌 信 分 子 （ 又称 为 ｆ １ 诱
多 聚 包 裹 闲体 形 成 的 被 膜 状 物 忖 羊 体 。８ ０ 的 人类 细 菌 感
染 性疾 病 ｊ ， ｌ 物 被 ｝ Ｉ 『 火 ｆ ｌ Ｊ 于生物被膜 儿 ｆ 极 强 的 耐 药 性
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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。
了解AHLs的释放模式和对生物膜形成的调控机制，不仅有助
于发展新型的抗菌策略和控制细菌感染的方法，还为设计和开发新型的生物材料和抗菌涂层提供了思路。
未来的研究应该致力于进一步深入探究AHLs的释放机制、信号传递途径以及与
细菌生物学过程之间的关联，以期更好地应用于医疗、环境和工业领域
总之，细菌群体感应信号分子AHLs的调控在细菌生物膜
形成、菌落结构和生态功能中发挥着重要作用。
对AHLs的研
究有助于深入了解细菌群体行为和生物膜形成机制，为抗菌策略和细菌感染控制提供新思路。
进一步探究AHLs的释放机制
和信号传递途径，以及与细菌生物学过程之间的关联，将有助于在医疗、环境和工业领域中更好地应用这一领域的研究成果。
通过对AHLs的研究，我们可以为未来的生物材料和抗菌涂层
的设计和开发提供更加有针对性的指导。