? 功能
?使单细胞的细菌能模仿多细胞生物体进行一些它们作为单 细胞个体所做不到的行为
?调控细菌许多重要的生理功能，包括
? 根癌土壤杆菌Ti质粒的转化 ? 胡萝卜欧文氏菌、铜绿假单胞菌等病原菌的毒性基因表达 ? 致黄假单胞菌、胡萝卜欧文氏菌中抗生素的产生调控 ? 液化沙雷菌的游动 ? 粘质沙雷菌色素的产生等
? rhlR/rhlI体系：
? 功能：调控鼠李糖酯溶血素、几丁质酶、氰化物、 绿脓菌素等物质产生
? 信号分子： C4-HSL
Hale Waihona Puke ? 当细菌浓度相对较低时，其群体感应系统保持一种 沉默状态，信号分子的浓度也处在一个较低的水平 . 这时候，由群体感应系统调控产生的胞外酶和毒性 因子还没有启动，此时的绿脓杆菌并不致病
? 开启发光基因的表达。 ? 进一步促使 AHL分子 (通过LuxI)高水平表达：自诱
导
? 费希尔氏弧 菌浮游生长 时信号分子 浓度很低， 但是和发光 鱼共生时信 号分子浓度 则很高，因 而群体感应 机制能够解 释其为什么 只有在共生 状态时才会 发光
生物发光的解释
胡萝卜软腐欧文氏菌抗生素合成
? 当细菌的数量急剧上升的时候，信号分子的水平超 过一个特定的阈值，首先引发 las 系统的启动。 las 系统随后调节产生大量的各种胞外酶和毒性因子， 同时兴奋 rhl 系统，使之也参与到产生毒性因子的行 列来。
? 此外，las 和rhl 系统还参与了调节该细菌产生大量 胞外粘多糖，形成能自我保护的生物膜，使细菌生 长在微菌落中，以保护细菌免遭抗生素的作用和宿 主免疫功能的清除。
第八章、细菌群体感应调控
细菌群体感应调控
? 定义：细菌在繁殖过程中不断分泌信号分子到胞外，并 检测其浓度从而感知群体密度的变化，当其密度达到某 个阈值时，就会启动某些基因的表达，这个过程称为群 体感应QS(quorum sense) 。这是一种利用信号分子相互 交流，协调种群内细胞个体行动的调控方式。
? 感应机制 ? 基因调控功能 ? 生物荧光的最终解释 ? 补充
? 部分有代表性的AHLs ? 细菌QS系统除AHL外其它类QS信号分子
N-酰基-L-高丝氨酸内酯 (AHLs)
内酯环
不同长度酰基链， 多偶数碳原子
不饱和键多为C7顺式
信号分子产生途径
? LuxI 家族蛋白酶通过将脂酰基 -酰基载体蛋白（ acylACP）上的脂酰基侧链结合到 S-腺苷甲硫氨酸 (SAM) 的高半胱氨酸基团上 ,产生特异的酰化 HSL 分子 ,这种 酰化的HSL 分子再进一步内酯化变成 acyl- HSL(AHLs), AHLs 分子可以任意地穿越细胞膜 ,因此它们可以在胞外 随着菌体浓度增加而累积。
component phospho relay circuits)来感应寡肽 信号分子的存在 S. aureus 金黄色葡萄球菌
有
呋喃酰基硼酸二酯 (AI2) 蛋白LuxS
V．harveyi哈氏弧菌
AI2是种间细胞交流 的通用信号分子，没 有物种特异性
本节内容
? 革兰氏阴性细菌中的QS系统 ? 革兰氏阳性细菌中的QS系统 ? G-/G+中均存在的QS系统
? carR/carI 系统：促进碳青霉烯抗生素的产生
铜绿假单胞菌群体感应系统
? 铜绿假单胞菌是一种典型的条件致病菌，引起心 内膜炎、胃肠炎脓胸甚至败血症。
? 铜绿假单胞菌有两套QS系统： ? lasR/lasI体系：
? 功能：调控碱性蛋白酶、外毒素 A、弹性蛋白酶（重 要的致病因子）的合成
? 信号分子： 3-O-C12-HSL
信号分子浓度与感应
? 菌体浓度较低时，信号分子合成的水平也较低。 ? 合成的酰基高丝氨酸内酯 AHL分子扩散到细胞外环境中。 ? 随着菌体浓度增高，信号分子逐渐累积。 ? 当信号分子浓度达到一定的阈值时，就会启动和 LuxR蛋
白的相互作用，形成 LuxR/AHL 复合物
基因表达调控
? LuxR/AHL复合物结合到DNA的Lux-box
? 共生状态：共生状态下细菌 寄居在鱼的特异性发光器官 中，使它们能够生物发光， 从而有利于捕食或蔽害。
? 荧光：细菌只有在和发光鱼 共生时才会发出光，浮游生 长时则不会。显然细菌中有 某种调控机制使得它们只有 在共生状态下才发出光。
二、费希尔氏弧菌中群体感应分子机制
? 信号分子 ? 结构 ? 产生与分泌
根癌脓杆菌群体感应系统
? 根癌脓杆菌是一种植物病原体，能把特定区段 的DNA转移进宿主植物体中，并整合到基因组 中去，从而产生冠瘿瘤。这一复杂过程由两套 群体感应机制控制：
? virR/I系统：调控细菌对植物的侵染
? traR/I系统：以细菌为基础。使根癌脓杆菌内 的Ti质粒自由移动，调控细菌质粒DNA区段与 植物基因组的整合。
? 胡萝卜软腐欧文氏菌致病变种能引起植物软腐 病，细菌可以分泌一些酶溶解植物细胞壁而进 入植株。细菌中果胶酶、纤维素酶、多种蛋白 水解酶及碳青霉烯抗生素的产生受到QS系统的 调控。
? 一种信号分子：AHLC10H15O4N ? 两套QS系统：
? expR/expI 系统：促进致病胞外酶的表达，包括果胶 盐酸裂解酶、多聚半乳糖醛酸酶、纤维素酶和蛋白 酶的分泌，这些酶使得植物组织软化。
QS系统的类型(下页图)
G-
G+
G+/G-
信号分子 AI 信号分子 合成分泌
信号分子 感应机制
代表菌
物种特异 性
酰基高丝氨酸内酯 AHLs（AI1 ） LuxI 类AI合成酶
LuxR 类AI结合转录激 活蛋白
V．fischeri 费希尔氏弧
菌 有
自身诱导肽AIP(AI1)
寡肽信号分子以前体肽的 形式合成，经加工修饰后 由ABC(ATP binding cassette)系统输出 双组分磷酸传递途径(two
? 信号分子：N-3-氧辛酰-L-高丝氨酸内酯
革兰氏阴性细菌中的QS系统
? G-中的QS系统的发现 :费希尔氏弧菌 ? 费希尔氏弧菌中群体感应机制 ? 胡萝卜软腐欧文氏菌抗生素合成 ? 铜绿假单胞菌中的群体感应
一、G-中的QS系统的发现:费希尔氏弧菌
? 两种生存状态：自然状态下 海洋微生物费希尔氏弧菌有 两种生存状态，既可以自行 浮游生长，也可以和某种发 光鱼形成共生体。