细菌群体感应信号分子与抑制剂研究进展

具有群体感应系统的细菌通过相互交换一种自动诱导（autoinducer）信号分子来实现彼此问的信息交流。当信号分子积累到一定浓度时会改变细菌特定基因的表达,如生物膜的形成、生物发光行为、毒性基因的表达、孢子的形成等。近年来,人们发现了多种天然或者人工合成的群体感应抑制剂,可以干扰群感系统的信息回路。本文系统地阐述了细菌群体感应信息系统的划分、自体诱导分子及其抑制剂的研究进展。     

海洋微生物群体感应抑制剂研究进展

海洋生态环境复杂多变,其未被开发的栖息地蕴藏着丰富且稀有的生物资源,具有高盐、高压、寡营养、常年高温或低温等特点。海洋微生物经过长期持续的缓慢进化,已形成独特的代谢机制来适应海洋相对特殊的生态环境,极大地增加了发现新型活性物质的可能性。因此,海洋微生物代谢产物被认为是发现新型天然活性化合物(群体感应抑制剂)的潜在来源。本文首先介绍群体感应概念及起源,随后简述不同种群群体感应系统,然后介绍群体感应抑制剂定义及分类,最后回顾海洋微生物群体感应抑制剂的研究进展,从而为进一步研究群体感应抑制剂奠定基础,同时也为研发新型抗病原菌感染药物提供新的思路。     

群体感应抑制剂的筛选及其在微生物病害防治中的应用

在绝大多数病原菌中都发现有群体感应机制存在,用于调控侵染过程中微生物致病基因的表达。群体感应抑制剂处理既能控制微生物致病毒性,又不影响细胞生长,因此不会导致抗性株的形成,是一种理想的抗病原性药物。本文重点探讨了群体感应抑制剂的筛选、种类以及在群体感应过程中的作用机理和潜在应用价值。     

群体感应信号分子及其抑制剂快速检测方法的建立

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。细菌群体感应参与包括人类、动植物病原菌致病力在内的多种生物学功能的调节,群体感应抑制剂成为抗感染药物开发的靶点。利用紫色色杆菌(Chromobacterium violaceum)和根癌农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)作为指示菌,建立检测高丝氨酸内酯(AHLs)及其抑制剂的简便方法。结果表明,通过平板交叉划线接种,使用指示菌能够有效地检测AHLs,并且通过薄层层析(TLC)与细菌生物感应器相结合的方法可以快速、方便地鉴定AHLs的种类;通过双层平板法观察指示菌色素产生情况,能够有效地检测群体感应信号分子AHLs抑制剂,且该方法简单易行。     

微生物群体感应抑制剂及其在海洋生态中的应用

微生物具有结构多样性和功能多样性,其生态行为受多种信号因子的调节,其一便是群体感应信号(Quorum sensing,QS)。QS可作为菌群的通讯语言调节多种生物学功能,包括微生物被膜(Biofilm)的形成、毒力因子的表达、抗生素的分泌以及活性物质的生成等。相比之下,群体感应抑制剂(Quorum sensing inhibitor,QSI)的作用与QS相反,它能阻断QS信号的合成或传递、降低细菌致病性、干扰Biofilm的生成、阻断QS级联效应,因而被广泛应用于医药、农业和环境等领域。本文聚焦QSI,对其来源、特性、作用机制的最新进展进行总结,并对其在海洋生态领域上的应用进行综述,以期为QSI物质的开发和海洋生态资源的有效利用提供新思路。     

群体感应(QS)在牙菌斑形成中的研究进展

形成牙菌斑的生物膜中存在大量微生物,各种微生物通过高丝氨酸内酯(AHL)或寡肽等不同的信号分子产生群体感应(QS),形成的群体感应使各种微生物建立了区系平衡,对龋齿及牙周炎等口腔疾病的治疗产生严重影响。因组成生物膜的各种微生物对抗生素的敏感性和耐受性有显著差异,因此在治疗中增加了对宿主免疫的相应要求。为进一步探讨QS系统在牙菌斑形成中的作用特点,本文就牙菌斑的形成与抗药机制、群体感应系统及其信号分子、群体感应系统的抑制因子和研究展望进行综述。     

群体感应抑制剂对海洋生态功能菌生物膜形成的影响

[目的]研究天然群体感应抑制剂(Quorum sensing inhibitors,QSI)分子对海洋生态功能菌生物膜形成的影响.[方法]以对污损生物幼虫附着具有诱导作用的海洋细菌为目标菌,通过在其生物膜的形成过程中添加天然群体感应抑制剂,研究其对目标菌成膜细菌数和浮游细菌数、生物膜形态以及生物膜表面胞外多糖含量的影响.[结果]呋喃酮和吡啶在50 mg/L时,对8株目标菌的成膜有显著的抑制作用,抑制率在80％左右,吲哚、青霉烷酸和香豆素在较高浓度800 mg/L才有比较好的抑制活性.生长抑制实验结果显示,同等浓度下,QSI分子对目标菌成膜的抑制活性明显高于其对浮游细菌生长的抑制活性.结果表明,QSI分子主要通过干扰目标菌群体感应系统以抑制生物膜的形成.[结论]研究证实QSI分子在海洋菌生物膜形成过程中具有一定的调控作用.通过添加QSI可能能够间接抑制由生物膜诱导的污损生物附着,从而以新的角度研制新型抗污损物质.     

群体感应信号分子AI-2研究进展

群体感应(QS)是细菌根据种群密度的变化调控基因表达,协调群体行为的机制。除具有种特异性的信号分子AI-1外,近年来发现一类新的信号分子AI-2在调控细菌基因表达中起重要作用。AI-2的结构和生物合成途径已被确定,其产生依赖于一种称为LuxS的蛋白。目前认为AI-2在细菌种间交流中起通用信号分子(universalsignal)的作用。了解细菌的QS调控过程以及种间细胞交流的新机制,有助于对细菌病害进行防治。     

革兰氏阴性细菌LuxR/I型群体感应抑制剂研究进展

摘要：细菌群体感应（Quorum sensing, QS）被视为对抗细菌感染与解决细菌耐药性问题的新靶点。以AHLs为信号分子的LuxR/I型群体感应系统广泛存在于革兰氏阴性菌包括多种临床致病菌中,因此寻找LuxR/I型群体感应抑制剂（Quorum sensing inhibitors, QSIs）是研发抗革兰氏阴性致病菌药物的重要途径。迄今为止,已知的LuxR/I型小分子QSIs来源包括化学合成、天然产物与已知药物库的化合物,大分子则包括群体感应淬灭酶与群体感应淬灭抗体。本文总结了近年来LuxR/I型QSIs研究进展,为新型抗菌药物研发提供理论依据。     

细菌群体感应信号分子的光电检测技术

群体感应（quorum sensing，QS）是一种依赖菌群密度的细菌交流系统。在探究细菌群体感应系统的调控机制中，对QS信号分子的鉴别和检测是不可或缺的环节，其对生命科学、药学等领域涉及细菌等微生物的相互作用、高效检测和作用机制解析等具有重要的参考意义。本文在总结不同类型细菌QS信号分子来源和结构的基础上，对QS信号分子的光电检测方法和技术进行了综述，重点对光电传感检测的敏感介质、传感界面、传感机制及测试效果进行探讨，同时关注了将微流控芯片分析技术应用于细菌QS信号分子原位监测的相关研究进展。     

New potential inhibitors of mTOR: a computational investigation integrating molecular docking,virtual screening and molecular dynamics simulation

The mTOR (mammalian or mechanistic Target Of Rapamycin), a complex metabolic pathway that involves multiple steps and regulators, is a major human metabolic pathway responsible for cell growth control in response to multiple factors and that is dysregulated in various types of cancer. The classical inhibition of the mTOR pathway is performed by rapamycin and its analogs (rapalogs). Considering that rapamycin binds to an allosteric site and performs a crucial role in the inhibition of the mTOR complex without causing the deleterious side effects common to ATP-competitive inhibitors, we employ ligand-based drug design strategies, such as virtual screening methodology, computational determination of ADME/Tox properties of selected molecules, and molecular dynamics in order to select molecules with the potential to become non-ATP-competitive inhibitors of the mTOR enzymatic complex. Our findings suggest five novel potential mTOR inhibitors, with similar or better properties than the classic inhibitor complex, rapamycin.     

细菌群体感应调控多样性及群体感应淬灭

群体感应(Quorum sensing, QS)是细菌通过信号分子分泌、识别,从而调控基因水平转移、毒力因子分泌、芽孢产生及生物膜形成等群体行为的细胞交流机制。干扰信号分子的分泌、识别,可以阻断群体感应,实现群体淬灭。群体淬灭(Quorum quenching, QQ)是目前致病性控制、致腐性预防以及生物膜污染削减的重要策略之一。本文以群体感应信号分泌-识别-响应为主线,将群体感应分为等级、平行及竞争型三类调控方式,并对其特征进行了详细阐述;同时,探讨了信号分子类似物、信号分子降解酶剂、信号受体激活剂/抑制剂等策略在不同调控方式淬灭中的适用性;最后,对群体感应调控及淬灭进行了展望,以期为丰富细菌群体感应认知、促进群体淬灭应用提供参考。     

铜绿假单胞菌群体感应抑制物筛选系统的构建及其应用

针对调控铜绿假单胞菌致病基因表达的群体感应系统,将相关基因lasI和rhlA的启动子域与蔗糖致死基因相融合,构建出一个能通过菌体生长量来检测群体感应系统小分子抑制物的筛选体系。并在特定条件下,对一系列中药提取物进行筛选,同时用荧光筛选系统对结果进行验证。以此筛选出3种中药提取物对铜绿假单胞菌群体感应系统有不同程度的抑制作用。这3种中药分别隶属于爵床科、败酱科和萝藦科植物。本研究所构建的筛选体系能有效地筛选群体感应系统的抑制物,为进一步了解和控制细菌的致病感染过程和新药物的研究提供了一个有用的工具。     

海洋微生物群体感应与群体感应淬灭的开发利用

群体感应与感应淬灭在微生物中普遍存在,群体感应通过调控基因表达赋予细菌有益或有害的特性,这些特性与人类健康、农业及水产养殖等领域密切相关。群体感应现象首先发现于海洋环境,近几年海洋采样等相关技术的发展,极大促进了海洋微生物的群体感应与淬灭研究的快速发展。本文对细菌及典型真菌的群体感应作用机制、信号分子的多样性以及其与细菌致病性的相关性进行了阐述,对群体感应淬灭的机制与意义、淬灭因子多样性以及相关酶资源的发掘也进行了分析和展望。     

Well-known quorum sensing inhibitors do not affect bacterial quorum sensing-regulated bean sprout spoilage

AIM: To investigate the potential of quorum sensing inhibitors (QSI) as food preservative agents in a food product, where bacterial spoilage is controlled by quorum sensing (QS). METHODS AND RESULTS: The effects of well-known QSI were tested on spoilage phenotypes and on QS-regulated genes of a bean sprout spoiling bacterial isolate (Pectobacterium A2JM) in laboratory substrates and in a bean sprout model system. The acylated homoserine lactones (AHL) analogues PenS-AHL and HepS-AHL decreased the specific protease activity of Pectobacterium A2JM in broth but did not reduce the expression of a QS-regulated secretion protein, and were without effect on soft rot of bean sprouts. The QSI ProS-AHL, furanone C-30, patulin, penicillic acid and 4-nitropyridine-N-oxide did not have any effect on protease activity, on gene expression or bean sprout appearance at nongrowth inhibitory concentrations. Extracts from garlic and bean sprouts induced the QS system of Pectobacterium in bean sprouts and a broth system, respectively. CONCLUSIONS: Among the several well-known QSI compounds, only PenS-AHL and HepS-AHL, inhibited QS-regulated protease activity of Pectobacterium A2JM in broth cultures, but had no effect on bean sprout spoilage. SIGNIFICANCE AND IMPACT OF THE STUDY: The QSI compounds must be selected in the specific system in which they are to function and they cannot easily be transferred from one QS system to another.     

青岛近海沉积物生物被膜中密度感应及密度感应淬灭细菌多样性

【背景】细菌密度感应(Quorum sensing,QS)是指细菌利用分泌的信号分子进行相互交流的现象,而密度感应淬灭(Quorumquenching,QQ)是指通过干扰信号分子的产生、释放、积累或应答从而阻抑密度感应通路。【目的】探究青岛近海沉积物生物被膜中密度感应和密度感应淬灭细菌的多样性。【方法】采用海水培养基2216E从青岛近海沉积物生物被膜中分离获取可培养细菌,采用平板交互划线和高通量筛选的方法分别筛选具有密度感应和密度感应淬灭的菌株。【结果】共分离获得83株共54种具有密度感应和密度感应淬灭的细菌,分属于四大细菌门类:变形菌门、拟杆菌门、厚壁菌门和放线菌门。其中,38株(45.8%)可以产生酰基高丝氨酸内酯(Acyl-homoserine lactone,AHL)类信号分子,它们分属于变形菌门(37株,15种)和拟杆菌门(1株,1种),优势属为弧菌属和鲁杰氏菌属;能够降解AHL类信号分子的有57株(68.7%),在变形菌门(41株,23种)、拟杆菌门(14株,10种)、厚壁菌门(5株,5种)以及放线菌门(1株,1种)中均有分布。【结论】在青岛近海沉积物生物被膜可培养细菌中,具有密度感应和密度感应淬灭现象的菌株具有很高的丰度和多样性,为后续生态学意义的研究与海洋微生物的开发提供了参考。     

Binding mode exploration of LuxR-thiazolidinedione analogues,e-pharmacophore-based virtual screening in the designing of LuxR inhibitors and its biological evaluation

Master quorum sensing (QS) regulator LuxR of Vibrio harveyi is a unique member of the TetR protein superfamily. Recent studies have demonstrated the contribution of thiazolidinedione analogues in blocking QS by decreasing the DNA-binding ability of LuxR. However, the precise mechanism of thiazolidinedione analogues binding to LuxR is still unclear. In the present study, molecular docking combined with molecular dynamics (MD) simulations was performed to understand the mechanism of ligand binding to the protein. The binding pattern of thiazolidinedione analogues showed strong hydrogen bonding interactions with the amine group (NH) of polar amino acid residue Asn133 and carbonyl (C=O) interaction with negatively charged amino acid residue Gln137 in the binding site of LuxR. The stability of the protein–ligand complexes was confirmed by running 50 ns of MD simulations. Further, the four-featured pharmacophore hypothesis (AHHD) consists of one acceptor (A), two hydrophobic regions (HH) and one donor (D) group was used to screen compounds from ChemBridge database. The identified hit molecules were shown to have excellent pharmacokinetic properties under the acceptable range. Based on the computational studies, ChemBridge_5343641 was selected for in vitro assays. The 1-(4-chlorophenoxy)-3-[(4,6-dimethyl-2-pyrimidinyl)thio]-2-propanol (ChemBridge_5343641) showed significant reduction in bioluminescence in a dose-dependent manner. In addition, ChemBridge_5343641 inhibits biofilm formation and motility in V. harveyi. The result from the study suggests that ChemBridge_5343641 could serve as an anti-QS molecule.     

Mini-review: quorum sensing in the marine environment and its relationship to biofouling

Bacterial quorum sensing (QS) is a cell–cell communication and gene regulatory mechanism that allows bacteria to coordinate swarming, biofilm formation, stress resistance, and production of toxins and secondary metabolites in response to threshold concentrations of QS signals that accumulate within a diffusion-limited environment. This review focuses on the role of QS signaling and QS inhibition in marine bacteria by compounds derived from marine organisms. Since the formation of a biofilm is considered to be an initial step in the development of fouling, direct and indirect effects of QS signals and inhibitors on the process of marine biofouling are discussed. Directions for future investigations and QS-related biotechnological applications are highlighted.     

细菌群体感应的蛋白质组学研究进展

细菌群体感应是指细菌能合成、释放和感应一些类激素小分子信号,从而调控群体行为并对其作出应答反应。介导细菌群体感应的信号分子有多种,它们参与调节细菌许多重要生物学功能。目前对此研究的主要手段是基因组学和转录组学。然而近年来,基因组测序技术的不断发展为另一种新兴方法——以比较和功能性为基础的蛋白质组学法奠定了基础。所不同的是,传统方法只能局限性研究某些基因或蛋白,而蛋白质组学法能检测出生物体基因表达的全部蛋白,它也因此逐渐受到人们的广泛关注。主要从研究较多的三类信号分子方面描述如何利用蛋白盾组举法解析细菌交流的“语言”。