什么是微生物的语言?
生活如此欠打扫
2022年09月20日 14:53:53
来自于水处理
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群体感应

细菌曾经被认为是简单细胞生命,只拥有单一的生理过程,然而现在由于具有在多细胞群体中协调共同行为的现象而受到了关注。这些协同行为包括了生物发光,毒性因子的产生,次级代谢物的生产,DNA上调,以及生物膜的形成。这些过程对于单菌株来说是无用的。更确切的说,这一现象的成功需要个体细胞在群体范围内的协调。为了精心安排这种协调的行为,细菌使用的细胞和细胞间的交流过程便被称为群体感应 (图1) [1]

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图1 群体感应调控

举例

以最为常见的酰基高丝氨酸内酯信号 (AHL) 为例,这一信号基于革兰氏阴性菌LuxI/LuxR型群体感应系统 (图2)。LuxI蛋白是一种自动诱导合酶,催化特定的AHL的形成。AHL以高细胞密度自由扩散通过细胞膜。LuxR是一种转录调节因子,它与扩散的AHL结合,进而激活其靶基因的转录。AHLs通常由变形菌门生产,除了变形菌门以外,一些海洋屈挠杆菌中也发现了一些短链AHLs。除了他们的信号分子作用以外,AHLs是存在其他生态特性的,比如能够调节AHL产生菌和他们的环境的交互作用。此外,自诱导物2 (AI-2) 是与菌株哈维氏弧菌诱导生物发光的信号,它可以同时对革兰氏阴阳菌株进行调节。第三种主要信号分子,是可以对革兰氏阳性菌起调节作用的自诱导肽 (AIPs)。AIPs是由一个双组分调节信号转导系统生产的,能够调节毒性及一些抗菌化合物的产生。其他的群感信号分子包括了如扩散信号分子,3-羟基棕榈酸甲酯,二酮哌嗪,寡肽等。

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图2 革兰氏阴性菌LuxI/LuxR型群体感应

QS细胞控制的基因和功能是多样的,并且可能被分成四种功能范畴:细胞维持和增值 (胞外酶的产生,铁载体的合成,孢子的形成,酸抗性等);细胞行为 (生物膜的形成和传播,运动性,附着力等);水平基因转移 (质粒结合,能力);和宿主及其他微生物的种间关系 (毒性因子,胞外多糖产生,生物发光,抗生素,宿主殖民因子)[3]

关于QS在生物水处理工程中的应用前景也是受到了越来越热烈的关注。利用荧光信号的原位检测结果表明,活性污泥样品中存在着大量的AHLs信号分子。由于QS信号对菌群的结构有着一定的调整作用,因此,如何利用QS信号调整污泥结构,生物膜结构,进而调整宏观的治理效应是值得进一步研究的。而越来越多的研究也证明,QS信号在活性污泥系统,颗粒污泥的形成过程,生物膜处理系统等均具有良好的促进作用 (图3) [4]

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图3 群感系统对于水处理系统的调控作用

同时,水处理系统中微生物的定殖和生物膜的形成也被证实受一系列的QS基因所控制,将这一特征利用促进生物膜系统的快速构建也被证明是实验室可行的。此外,AIP也被证明能够通过调节一个必要的基因调节器进而微生物在表面的附着能力。然而,检测证明,在反应器中活性污泥附近的群体感应信号分子浓度要低于悬浮水体中的信号浓度,可见活性污泥中存在着一定的群感淬灭效应。而如何调整群体感应-群感淬灭之间的关系,就成为了进一步需要讨论的话题。


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知识点:微生物的群体感应

yj蓝天
2022年09月21日 05:57:20
2楼

资料 总结的不错,对学习微生物知识有很大帮助,学习啦,谢谢楼主分享

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阿巅2019
2022年12月09日 12:52:05
28楼

很好的资料,感谢楼主的无私分享!

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chp
2023年01月29日 14:34:02
36楼

很好的视角,学习了

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白云也悠悠
2023年02月01日 14:34:14
39楼

太高大上了,看不懂

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