三种芪类化合物对紫色菌株CV026群体感应的影响(2)
细菌在细胞密度比较少时，行为表现为单细胞生物的状态，这时对我们没有多大伤害；然而当它们感应到细胞密度达到一定阈值时，将形成群体性多细胞生物群。在这个阶段，它们通过小信号分子进行交流，这使它们能够通过基因表达形成不同的表型，特别是那些负责毒性行为的基因，这时对于人体的危害就显现出来了。很多疾病就是通过这种方式来感染人类的。像铜绿假单胞菌这样的条件致病菌喜欢处于“休眠”状态，并延迟它们的毒性表型直到它们的群体大小变得足够大，这时就会通过信号分子来控制致病基因表达,然后对人体造成伤害,压倒宿主的防御机制，这时一些抗生素对于治疗就无能为力了。上世纪 70 年代,人们发现当环境中费氏弧菌( Vibrio fisheri ) 菌群浓度达到一定的阈值时即产生生物发光现象。1994年 Fuqua 等提出了群体感应这一概念,它是指微生物群体在其生长过程中,由于群体密度的增加,导致其生理和生化特性的变化,显示出少量菌体或单个菌体所不具备的特征。这个变化的原因在于:当环境中微生物种群密度达到一定浓度,信号分子的浓度也达到一定的水平,通过包括受体蛋白在内相关蛋白的信号传递,诱导或抑制信号最终传递到胞内,影响特定基因的表达,调控微生物群体的生理特征,如生物发光、抗生素合成、生物膜形成等。微生物利用 QS 机制实现种群内部的交流和种群之间的交流,能够在复杂的环境中更好的协作,通过团队的作用来实现种群的延续[3]。
当细菌数量达到一定浓度时，细胞之间通过分泌不同的化学信号分子来进行交流和协调群体行为。这些用作交流的化合物被叫做自体诱导(autoinducer，AI)分子。自体诱导分子对于QS来说非常重要，是承接细胞之间关联的桥梁。这些自体诱导分子有不同的功能，不同的信息传递所需的化合物是不同的。所以细菌能产生的信号分子特别多，并且种类也多。以前人们发现的类型比较少，通过简单的方式来分类。但是，随着生物科技的迅速发展，自从 AI-3 的发现以来，以前对于群体感应系统的分类已经不能满足现在的需要了，所以按照信号分子的类型和感应机制，对于QS进行了分类：
（1）I蛋白和R蛋白型信息系统一般作用于革兰氏阴性菌的群体感应效应。它的信号分子是由酰基高丝氨酸内酯类分子(acyl-homoserine lactone,AHL)组成。可以通过高效液相色谱-质谱法来进行检测，可以对AHL进行定量分析和定性分析。AHL相对分子质量为172+14n。QS系统由3部分组成：首先是I蛋白，它是自体诱导物合成酶，能够诱导信号分子的产生，随着菌体浓度的增加 ，AI自诱导剂也随着增加，当达到一定浓度时，AHL就会与受体蛋白R蛋白相结合，形成一种激活元件，调控特定基因的表达。这些基因能够控制着生物发光，色素产生，以及与毒力因子的产生有关。
（2）革兰氏阳性菌一般是把寡肽(oligopeptides)类分子 AIP(autoinducing peptide)作为自体诱导分子。但是寡肽类化合物具有随机性和不确定性，研究其作用对于现阶段的技术有较高要求，所以革兰氏阳性菌研究比较少。我们查阅了一些耐甲氧西林金黄色葡萄球菌的QS系统，葡萄球菌的AGR基因编码的QS控制着δ溶血素的产生。菌体产生的AGR蛋白经过多次加工，形成短肽信号分子，然后经过相应系统输出，再被接受系统所识别，从而引起毒性因子的表达[4]。
（3）(3)LuxS/AI-2型的信息系统。哈氏弧菌(Vibrio harveyi)的信号系统完全不同与上述的两种信息系统。它可以产生两种不同小分子的自体诱导分子：AI-1(AHLs 类)和 AI-2(呋喃硼酸二酯)。但是两种小分子的作用是不同的，通常AI-1被用来进行种内交流，而AI-2则进行种间的交流。AI-1的作用与上面的机制差不多。但是细菌种间交流中，AI-2作为通用信号分子，能够与其他菌体进行信号沟通。过去认为AI-2是呋喃硼酸二酯分子的一种新结构，但是硼原子在生物学中的功能到现在为止知道的很少，对这种信号分子的研究还处在比较基础的研究水平。LuxS 蛋白对于一些呋喃结构的 AI-2信号分子的产生是不可或缺的。