群体感应
群体感应
1.群体感应概念
细菌分泌一种或者几种小分子量的化学信号分子促进细菌个体间相互交流，协调群体行为，该现象称为群体感应( quorum sensing ，QS)。
细菌利用信号分子感知周围环境中自身或其他细菌的细胞群体密度的变化，并且信号分子随着群体密度的增加而增加，当群体密度达到一定阈值时，信号分子将启动菌体中特定基因的表达，改变和协调细胞之间的行为，呈现某种生理特性，从而实现单个细菌无法完成的某些生理功能和调节机制。
20世纪70年代，QS系统首先是在海洋细菌费氏弧菌(Vibrio fiscberi)中发现的，V. fiscberi 可以与某些海生动物共生，宿主利用其发出的光捕获食物、躲避天敌以及寻觅配偶，而V.fiscberi也获得了一个营养丰富的生存环境。
对细菌的QS 研究始于20 世纪90 年代初. 从已有的研究成果看: 其一, 大部分细菌一般均有两套群体感应系统, 一套用于种内信息交流, 一套用于种间信息交流; 其二, QS 对细菌的许多生理功能都有调节作用, 如生物发光、毒素的产生、质粒的转移、根瘤菌的结瘤、抗生素的合成, 等等.
群体感应参与调控细菌的多种生活习性以及各种生理过程,如生物发光、质粒的接合转移、生物膜与孢子形成、细胞分化、运动性、胞外多糖形成等[ 1 , 3],尤其致病菌的毒力因子的诱导、细菌与真核生物的共生、抗生素与细菌素合成等与人类关系密切的细菌生理特性相关。因此, 细菌QS系统研究,深受医学、生物工程、农业和环境工程、食品科学等领域研究者广泛关注。当前, 对致病菌的QS系统及以其为靶点的新型疗法和抗菌药物研究、根瘤菌QS系统及其在根瘤菌与植物互作中的作用研究、植物病原菌QS系统及寻找生物技术防治细菌病害的新靶点研究较为深入
意义：一方面有助于人们了解单细胞微生物的信息交流与行为特性的关系，建立起化学信号物质和生理行为之间的联系；另一方面则可通过人为地干扰或促进微生物的群体感应系统从而调控其某种功能，以达成其在实际意义上的应用。
2.群体感应分类
2.1革兰氏阴性菌的群体感应系统
图１革兰氏阴性菌的群体感应系统（LuxI-LuxR型QS系统）模式图
在细菌生长初期，LuxI蛋白（最广泛的一类AHLs合成酶）以SAM(5-腺苷甲硫氨酸)和acyl- ACP为底物合成自身诱导物AHLs（N-酰基高丝氨酸内酯类化合物）。随着细菌群体密度的增加，AHLs浓度逐渐增大。AHLs自由穿越或通过特定的转运机制透过细胞膜，在细胞外积累到一定浓度(通常达到微摩)时，AHLs进入细胞与LuxR蛋白结合。LuxR-AHLs复合物结合到目标基因启动子上，激活其转录，从而引发相应的生物表型产生。
图２费氏弧菌Lux I-LuxR群体感应通路
AHLs 扩散到细胞外后, 随着细胞密度的增加而积累,当这种信号密度积累到临界密度时就与LuxR结合,结合后的复合物能激活荧光素酶基因( lux ICDABE)表达
2.2革兰氏阳性菌的群体感应系统
图３革兰氏阳性菌群体感应系统模式图
AIP（auto-inducing peptides自诱导肽）由ABC转运系统( ATPbindingcassettle)运送到细胞外，当其浓度达到阈值时，AIP通过结合HPK（组氨酸激酶感应蛋白）的氨基端传感器区域，启动HPK。HPK感知外界环境变化，使羰基端所含的一个保守的组氨酸位点发生自我磷酸化。接着，将磷酸基团转移至RR(应答调节蛋白)信号输出区域的保守天冬氨酸残基位点，使其发生磷酸化。磷酸化的RR具有转录激活活性，激活目的基因的转录。
图４金黄色葡萄球菌的双组分群体感应调控系统
2.4种间的群体效应
细菌种间的交流则是利用呋喃酰硼酸二酯类化合物(AI-2), 此类信号分子在G+菌和G-菌中均可存在。细菌识别AI- 2 分子的方式与革兰氏阳性菌中双组分识别系统一致, 即双组分激酶识别AI- 2分子后把磷酸化基团传递给受体蛋白并启动相关基因的表达。
3．群体感应的特点
多样性：细菌QS系统的信号产生、信号释放、信号识别和信号响应等各个环节均呈现多样性。
(1)分布的多样性在细菌种内、种间都存在QS系统，细菌与植物、动物间也存在此类系统，
进行信息的交流;
( 2)信号分子的多样性不但G+菌与G-菌的信号分子不同，呈多样性。
(2)信号分子产生机制的多样性G-菌和G+菌信号分子产生的机制不同，前者是由信号分
子合成酶来完成，而后者则是先生成前体，经蛋白酶切割后获得成熟的信号分子;
( 4)信号分子运输的多样性G+菌和G-菌信号分子运输机制不同，前者需要专有的ABC转运系统，而后者则可直接透过细胞膜。
( 5)信号响应的多样性G+菌以双组分信号转导系统感应信号分子，将信号传递; G-菌则通过受体蛋白识别信号分子，传递信号。
复杂性：(1）信号分子功能的复杂性有的QS系统中的信号分子不仅作为环境信号，而且具有其它功能，如某些乳酸菌中的QS系统的信号分子具有抗菌活性，Paeruginosa中信号分子N-3-氧-高丝氨酸内酯参与金属离子的运输等；
（2）系统组成的复杂性在V. harveyi中发现了一个与众不同的QS系统，该系统信号分子产生系统与G-菌相似，而信号分子的识别则与G+菌相似；
高通量测序：环境微生物群落多样性分析
(5)高通量测序：环境微生物群落多样性分析 微生物群落多样性的基本概念 环境中微生物的群落结构及多样性和微生物的功能及代谢机理是微生物生态学的研究 热点。长期以来，由于受到技术限制，对微生物群落结构和多样性的认识还不全面， 对微生物功能及代谢机理方面了解的也很少。但随着高通量测序、基因芯片等新技术 的不断更新，微生物分子生态学的研究方法和研究途径也在不断变化。第二代高通量 测序技术（尤其 是Roche 454高通量测序技术）的成熟和普及，使我们能够对环境微生物进行深度测序，灵 敏地探测出环境微生物群落结构随外界环境的改变而发生的极其微弱的变化，对于我 们研究微生物与环境的关系、环境治理和微生物资源的利用以及人类医疗健康有着重 要的理论和现实意义。 在国内，微生物多样性的研究涉及农业、土壤、林业、海洋、矿井、人体医学等诸多领域。以在医疗领域的应用为例，通 过比较正常和疾病状态下或疾病不同进程中人体微生物群落的结构和功能变化，可以 对正常人群与某些疾病患者体内的微生物群体多样性进行比较分析，研究获得人体微 生物群
落变化同疾病之间的关系；通过深度测序还可以快速地发现和检测常见病原及新发传 染病病原微生物。研究方法进展 环境微生物多样性的研究方法很多，从国内外目前采用的方法来看大致上包括以下四 类：传统的微生物平板纯培养方法、微平板分析方法、磷脂脂肪酸法以及分子生物学 方法等等。 近几年，随着分子生物学的发展，尤其是高通量测序技术的研发及应用，为微生物分 子生态学的研究策略注入了新的力量。 目前用于研究微生物多样性的分子生物学技术主要包 括:DGGE/TGGE/TTGE 、 T-RFLP 、SSCP、FISH 、印记杂交、定量 PCR、基因芯片等。 DGGE 等分子指纹图谱技术，在其实验结果中往往只含有数十条条带，只能反映出样品中少数 优势菌的信息；另一方面，由于分辨率的误差，部分电泳条带中可能包含不只一种 16S rDNA 序列，因此要获悉电泳图谱中具体的菌种信息，还需 对每一条带构建克隆文库，并筛选克隆进行测序，此实验操 作相对繁琐；此外，采用这种方法无法对样品中的微生物做 到绝对定量。生物芯片是通过固定在芯片上的探针来获得微
微生物复习归纳
第一章绪论 1 什么是微生物？微生物有哪些主要类群？ 微生物是指肉眼难以看清，需要借助光学显微镜或电子显微镜才能观察到的一切微小生物的总称。 微生物包括：原核类：三菌(蓝细菌、细菌、放线菌)、三体(支原体、衣原体、立克 次氏体)(蓝细菌即蓝藻，所以有时也称一藻、二菌、三体) 真核类：真菌、原生动物、显微藻类 .非细胞生物：病毒、亚病毒(类病毒、拟病毒、朊病毒) 3.微生物的主要特点是什么？ 形体小，比面积大。 吸收快，转化快。 生长旺，繁殖快。 适应性强，易变异。 分布广，种类多。 第二章原核微生物 1比较G+和G-的细胞壁的结构和化学组成上的异同点，并简述革兰氏染色的原理及操作步骤。 革兰氏阳性菌细胞壁由肽聚糖和磷壁酸组成 革兰氏阴性菌细胞壁由肽聚糖和脂多糖组成 革兰氏染色法：草酸铵结晶紫初染-----碘液媒染-----95%乙醇脱色---番红复染原理：革兰氏阳性菌肽聚糖含量与胶联程度都比较高，肽聚糖层多，所以细胞壁较厚，壁上的间隙较小，媒染后形成的结晶紫-碘复合物就不易被洗脱出细胞壁，加上它基本上不含脂质，乙醇洗脱时细胞非但没有出现缝隙，反而使肽聚糖层网孔因脱水而变得通透性更小，结果蓝紫色的结晶紫-碘复合物就留在细胞内而使细胞呈蓝紫色。而革兰氏阴性菌的肽聚糖含量与胶联程度较低。层次也少，故其细胞壁较薄，壁上的空隙较大，再加上细胞壁的脂质含量高，乙醇洗脱后，细胞壁因脂质被溶解而孔隙更大，所以结晶紫-碘复合物极亦脱出细胞壁，乙醇脱色后的细胞成无色，经过番红复染，结果就呈现红色。 2细菌的菌落特征如何描述？（提示：细菌菌落总的特征以及具有特殊结构时的菌落特征）细菌菌落湿润、粘稠、易挑起，质地均匀及菌落各部位颜色一致。 4 放线菌的菌丝类型有哪些？各有何功能？ 基内菌丝：吸收营养物质和排泄废物 气生菌丝：多核菌丝生成横隔进而分化形成孢子丝 孢子丝： 第三章真核微生物 2 酵母菌和霉菌的繁殖可形成哪几种无性孢子和有性孢子？ 酵母菌：无性孢子包括掷孢子、厚垣孢子、节孢子、分生孢子。 有性孢子有子囊孢子 霉菌：无性孢子有厚垣孢子、节孢子、分生孢子、孢囊孢子、游动孢子。 有性孢子有卵孢子、接合孢子、子囊孢子。
微 生 物 类 群 介 绍
微生物类群介绍 微生物（Microorganism/Microbe） 是指一群个体微小、结构简单、低等生物的统称。它不是一个分类学上的专门名词，而是指所有肉眼看不见或看不清楚的微小生物的总称。虽然对于微生物的认识晚于植物和动物，但是人们和微生物打交道已有8000多 年的历史了，当时人们是不自觉地利用微生物，如大家熟知的发面和酿酒。在生活中，人们与微生物的关系非常密切，如用谷物、大豆可以做出面包、酒精和酱油；通过发酵可以大量生产抗生素、味精和酶制剂；农业上利用豆科植物轮作可以提高肥力；衣服发
霉、食品腐败；人类和其他动植物传染病的流行等，所有这些都是微生物作用的结果。 说到微生物的类群，首先要知道生物的界级划分研究简史。生物的分界是随着科学发展的水平在不断地改变及深化的。在林奈的时代，对生物的观察仅限于肉眼所能看到的特征及区别，那时生物仅分为植物界（Plantae）与动物界（Animalia）两大界。到19世纪中叶，霍洛（Hogg，1860）等提出了生物的三界系统，即原生生物界（Protista）、植物界与动物界，其中原生生物界包括单细胞动物、藻类及真菌，他们的三界系统
反映了单细胞生物与多细胞生物的 区别。1959年魏塔克（Whittaker）提出了四界系统，即原生生物界、真菌界（Fungi）、植物界与动物界。其中将原生生物界的真菌独立成为 了一界。1974年李代尔（Leedale）又提出了原核界（Monera），其中包含细菌及蓝细菌，仍为四界系统，即原核界、植物界、真菌界及动物界。直到1969年，魏塔克将分类系统进行了完善，提出了五界系统：真菌界、原核生物界、原生生物界、植物界、动物界。按照从高到低的顺序，依次有界、门、纲、目、科、属、种7个单元。
群体感应
费氏弧菌Vibrio fischeri 群体感应系统首先是在海洋细菌费氏弧菌，费氏弧菌定殖于夏威夷鱿鱼的发光器官内，当细菌达到一定的密度后，就会诱导发光基因的表达。细菌的生物发光为鱿鱼提供光源，掩盖其影子来保护自身。同时，细菌也获得一个合适的栖息场所。 Nealson等在1970 年首次报道了该菌菌体密度与生物发光呈正相关,该发光现象受细菌本身的群体感应调 节系统(Quorum-Sensing System , 简称QS 系统) 所控制。
通用语言呋喃硼酸二酯 Peptides 呋喃硼酸二酯 高丝氨酸内酯 γ-丁酸内酯 synthesizes autoinducer homoserine Autoinducer diffuses into the medium where it accumulates. At threshold concentration AI diffuses back into the cell and binds to activator protein LuxR. 酰基高丝氨酸内酯(AHL)的结构 AHL 由LuxI 类蛋白酶催化脂肪酸代 谢途径中的酰基-酰基载体蛋白(acyl-ACP)的酰基侧链与S-腺苷甲硫氨酸中高丝氨酸部分的接合, 并进一步内 酯化而生成的 不同的细菌产生不同的AHLs ，差异只在于酰基侧链的长度与结构，高丝氨酸内酯部分是相同的。
以及与启动子DNA的结合 The genes encoding the AHL synthase regulatory protein, respectively. In the presence of sufficient AHL signal, the R regulatory protein is activated, possibly by dimerization. The activated R regulatory protein binds to a specific binding site and stimulates (or represses) transcription initiation by RNA Polymerase holoenzyme ?LuxR型蛋白也有特殊的酰基结合框，在有多种细菌存在 的环境下，存在许多种AHL分子，每一种细菌都能对其自 身的群体感应信号识别、监控、作出反应 除了 链霉菌中调控抗生素合成的γ 黄色粘球菌
群体感应
群体感应 1.群体感应概念 细菌分泌一种或者几种小分子量的化学信号分子促进细菌个体间相互交流，协调群体行为，该现象称为群体感应( quorum sensing ，QS)。 细菌利用信号分子感知周围环境中自身或其他细菌的细胞群体密度的变化，并且信号分子随着群体密度的增加而增加，当群体密度达到一定阈值时，信号分子将启动菌体中特定基因的表达，改变和协调细胞之间的行为，呈现某种生理特性，从而实现单个细菌无法完成的某些生理功能和调节机制。 20世纪70年代，QS系统首先是在海洋细菌费氏弧菌(Vibrio fiscberi)中发现的，V. fiscberi 可以与某些海生动物共生，宿主利用其发出的光捕获食物、躲避天敌以及寻觅配偶，而V.fiscberi也获得了一个营养丰富的生存环境。 对细菌的QS 研究始于20 世纪90 年代初. 从已有的研究成果看: 其一, 大部分细菌一般均有两套群体感应系统, 一套用于种内信息交流, 一套用于种间信息交流; 其二, QS 对细菌的许多生理功能都有调节作用, 如生物发光、毒素的产生、质粒的转移、根瘤菌的结瘤、抗生素的合成, 等等. 群体感应参与调控细菌的多种生活习性以及各种生理过程,如生物发光、质粒的接合转移、生物膜与孢子形成、细胞分化、运动性、胞外多糖形成等[ 1 , 3],尤其致病菌的毒力因子的诱导、细菌与真核生物的共生、抗生素与细菌素合成等与人类关系密切的细菌生理特性相关。因此, 细菌QS系统研究,深受医学、生物工程、农业和环境工程、食品科学等领域研究者广泛关注。当前, 对致病菌的QS系统及以其为靶点的新型疗法和抗菌药物研究、根瘤菌QS系统及其在根瘤菌与植物互作中的作用研究、植物病原菌QS系统及寻找生物技术防治细菌病害的新靶点研究较为深入 意义：一方面有助于人们了解单细胞微生物的信息交流与行为特性的关系，建立起化学信号物质和生理行为之间的联系；另一方面则可通过人为地干扰或促进微生物的群体感应系统从而调控其某种功能，以达成其在实际意义上的应用。 2.群体感应分类 2.1革兰氏阴性菌的群体感应系统
植物相关细菌群体感应信号分子的检测
植物相关细菌群体感应信号分子的检测 *刘晓光1, 2, 高克祥2, 高吉刚3 1江苏大学生命科学研究院镇江（212013） 2山东农业大学植保学院泰安（271018） 3 山东农业大学化学与材料科学学院泰安（271018) E-mail：xgliu66@https://www.sodocs.net/doc/4c6509318.html, 摘要：许多革蓝氏阴性细菌以种群密度依赖的方式调控基因的表达，这种称为群体感应的调控机制主要基于细菌产生的可扩散的小分子信号物质——酰基高丝氨酸内酯（AHLs）。通过组合使用灵敏度不同的系列报告菌株，基于琼脂平板的生物检测及反相C18薄层层析（TLC）分析，比较研究了3株植物固氮内生菌Herbaspirillum spp.和2株植物根际促生菌Serratia plymuthica产生AHLs的模式。结果显示了植物细菌AHLs的多样性。3株固氮内生菌Herbaspirillum spp.和S. plymuthica菌株IC1270都与小麦根际生防细菌Pseudomonas fluorescens 2-79具有相似的模式，产生OH-取代基的AHLs。而2个S. plymuthica 菌株，从葡萄根际分离的IC1270和从油菜根际分离的菌株HRO-C48则产生完全不同类型的AHLs。菌株IC1270主要产生OH-取代基的HHHL，HOHL， HRO-C48却产生无取代基的BHL , HHL 和优势种O-取代基的OHHL。由此说明不同属的植物细菌可能具有相似的AHLs模式；相反，即使生态位相似的同种植物根际细菌S. plymuthica的不同菌株间，却可能产生完全不同类型的AHLs，似乎与亲缘关系无关。 关键词：Serratia plymuthica；Herbaspirillum spp.; 群体感应系统；酰基高丝氨酸内酯 中图分类号：Q933 1.引言 在革蓝氏阴性细菌中，有3个重要的基因表达的全局调控系统，即GacA/GacS双因子信号转导系统（GacA/GacS two-component system），胁迫和稳定期的δ因子RpoS，以及细胞种群密度依赖的Quorum-sensing（QS）系统。它们控制植物相关细菌的许多表型，如植物生长促进能力、致病性、次生代谢物的产生、生物膜形成以及蛋白和酶的分泌等[1]。酰基高丝氨酸内脂N-acyl homoserine lactones（AHLs/acyl-HSLs）是许多革兰氏阴性细菌都产生的群体感应信号分子，它作为自身诱导物（autoinducer）在革蓝氏阴性细菌中介导以种群密度依赖和生长发育阶段(指数生长后期和稳定期)依赖方式的基因表达调控。植物相关细菌的QS系统调控微生物种群之间以及与寄主植物之间的相互作用，包括共生、致病性、抗生素及胞外酶的产生等特性，因此在农业、医学、环境保护等领域具有广阔的应用前景。而且AHLs在自然界中作为全局调控的信号分子，通常是在GacA/GacS两组分信号转导系统的控制之下。许多研究已证实这3个全局调控系统之间存在着密切联系，交互作用（cross-talk）。尽管有些结果相互矛盾，依然可以推测这种调控的级联反应在细菌中可能是一个普遍的现象[2, 3]。 本文通过组合使用多种系列灵敏度不同的AHLs信号分子的报告菌株或质粒，以植物根基金项目：本课题受国家自然科学基金（项目编号：30370954，30670030）资助
土壤微生物群落多样性研究方法及进展_1
第27卷增刊V ol 127,Sup 1广西农业生物科学Journal o f Guangx i A g ric 1and Biol 1Science 2008年6月June,2008 收稿日期:20080122。 基金项目:广西大学博士启动基金项目(X05119)。 作者简介:姚晓华(广西大学副教授,博士;E -mail:x hy ao@g xu 1edu 1cn 。文章编号:10083464(2008)增008405 土壤微生物群落多样性研究方法及进展 姚晓华 (广西大学农学院,广西南宁530005) 摘要:微生物多样性是指群落中的微生物种群类型和数量、种的丰度和均度以及种的分布情况。研究 土壤微生物群落多样性的方法包括传统的以生化技术为基础的方法(直接平板计数、单碳源利用模式等) 和以现代分子生物技术为基础的方法(从土壤中提取DN A ,进行G+C%含量的分析,或杂交分析,或进 行PCR,产物再进行D GGE/T GG E 等分析)。现代生物技术与传统微生物研究方法的结合使用,为更全面 地理解土壤微生物群落的多样性和生态功能提供了良好的前景。 关键词:微生物多样性;生化技术;分子生物学技术;DN A 中图分类号:.Q 938115 文献标识码:A Advancement of methods in studying soil microbial diversity YAO Xiao -hua (Co llege of Ag ricultur e,G uangx i U niv ersit y,N anning 530005,China) Abstract:Species div ersity consist o f species richness,the total number of species,species ev enness,and the distribution of species 1Methods to measure microbial diversity in so il can be categ orized into tw o g roups:biochemica-l based techniques and m olecular -based techniques 1The fo rmer techniques include plate counts,sole carbon so urce utilizatio n patterns,fatty acid methy l ester analysis,and et al 1The latter techniques include G +C%,DNA reassociation,DNA -DNA hy br idization,DGGE/TGGC,and et al 1Ov er all,the best w ay to study soil microbial diversity w o uld be to use a variety of tests w ith differ ent endpoints and degr ees o f r esolutio n to o btain the bro adest picture possible and the most inform ation r eg ar ding the microbial co mmunity 1 Key words:microbial diversity;biochem ica-l based techniques,mo lecular -based techniques,DNA 微生物多样性研究是微生物生态学最重要的研究内容之一。微生物在土壤中普遍存在,对环境条件的变化反应敏捷,它能较早地预测土壤养分及环境质量的变化过程,被认为是最有潜力的敏感性生物指标之一[1] 。但土壤微生物的种类庞大,使得有关微生物区系的分析工作十分耗时费力。因此,微生物群落结构的研究主要通过微生物生态学的方法来完成,即通过描述微生物群落的稳定性、微生物群落生态学机理以及自然或人为干扰对群落产生的影响,揭示土壤质量与微生物数量和活性之间的关系。利用分子生物学技术和研究策略,揭示自然界各种环境中(尤其是极端环境)微生物多样性的真实水平及其物种组成,是微生物生态学各项研究的基础和核心,是重新认识复杂的微生物世界的开端。
活性污泥中主要微生物类群的特征及作用
活性污泥中主要微生物类群的特征及作用 活性污泥是活性污泥处理系统中的主体作用物质，在废水生物处理中，不论采用何种方法处理构筑物及何种工艺流程，都是通过处理系统中活性污泥或生物膜微生物的新陈代谢的作用，使活性污泥具有将有机污染物转化为稳定无机物的活力，在有氧的条件下，将废水中的有机物氧化分解为无机物，从而达到废水净化的目的。处理后出水水质的好坏同组成活性污泥的微生物的种类、数量及其活性有。 活性污泥是由细菌、微型动物为主的微生物与悬浮物质、胶体物质混杂在一起所形成的茶褐色的絮凝体。其中的微生物主要由细菌组成，细菌主要有菌胶团细菌和丝状菌，数量可占污泥中微生物总量的90%～95%左右，细菌在有机废水的处理中起着最重要的作用，如在A-B活性污泥法中，A段在很高的负荷下运行，停留时间、污泥龄期都相对较短，在这种情况下，较高级的真核微生物无法生存，只有某些短世代的原核细菌才能适应、生存并得以生长繁殖。此外，活性污泥中还有原生动物和后生动物等微型动物。 在处理生活污水的活性污泥中存在大量的原生动物和部分微型后生动物，通过辨别认定其种属，据此可以判别处理水质的优劣，因此将微型动物称为活性污泥系统中的指示生物。 1微生物类群的分类 1.1肉足虫 其细胞质可伸缩变动而形成伪足，作为运动和摄食的胞器，常见的有变形虫和表壳虫。 1.2鞭毛虫 具有一根或一根以上的鞭毛，鞭毛是其运动器官，常见的有滴虫、聚屋滴虫、眼虫、豆形虫和粗袋鞭虫等。 1.3纤毛虫
动物周身表面或部分表面具有纤毛，作为运动或摄食的工具，具有胞口、口围等吞噬和消化的器官，分固着型和游泳型两种，常见的游泳型有漫游虫、草履虫、管叶虫、斜管虫等;常见的固着型有钟虫、盖虫、独缩虫、聚缩虫、吸管虫、累枝虫等。 1.4后生动物 在活性污泥系统中是不经常出现的，在出水水质较好或较稳定时出现，常见的有轮虫、红斑票贝体虫等。根据污水厂两年的镜检记录，红斑票贝体虫平时几乎不见，多在8-9月份出现，这时水温较高，一般为22℃左右。 2代谢捕食方式 ①通过体表吸收溶解性的有机物，吞噬废水中细小的有机物颗粒，经过新陈代谢作用，然后使之氧化分解为稳定的无机物。 ②捕食细菌或游离细菌，维持活性污泥系统中生态平衡及改善出水水质。通过捕食细菌，能促进细菌的生长，使细菌的生长能维持在对数生长期，防止种群的衰老，提高细菌的活力;由于游离细菌密度小，较难沉淀，易被出水带出而影响水质，微型动物吞噬游离可大大改善水质。 ③固着型纤毛虫及吸管虫还可分泌粘液，使之附着在絮凝体上生长;对悬浮颗粒及细菌均有吸附作用，从而有利于菌胶团及絮体的形成。 3提高出水水质方面的作用 ①通过某些原生动物的分泌物，在沉降过程中促进游离细菌的絮凝作用，提高细菌的沉降效率和去除率。 ②原生动物捕食细菌，提高细菌活动能力，提高对可溶性有机物的摄取能力。 ③原生动物和细菌一起，共同摄食病原微生物。 4在活性污泥系统中的指示作用
群体感应系统在乳酸菌产细菌素中的作用
群体感应系统在乳酸菌产细菌素中的作用 满丽莉1,2，孟祥晨1,*，王 辉1，赵日红1 (1.东北农业大学 乳品科学教育部重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150030； 2.黑龙江农业经济职业学院，黑龙江 牡丹江 157041) 摘 要：许多乳酸菌能够产生抗菌活性肽——细菌素，细菌素具有不同的结构、作用方式、抑菌谱和效价，通常认为乳酸菌和其所产的细菌素都是安全的，乳酸菌所产细菌素作为天然食品防腐剂已显示了巨大的潜能。基于群体感应的细胞间交流已成为细菌素合成的关键调控机制，群体感应作为细胞密度函数，可使细菌素产生保持同步性。群体感应需通过信号分子介导感知菌体密度，信号分子随着菌体密度增加而增加，并激活信号转导级联使菌体产生细菌素。本文通过对乳酸菌群体感应信号分子种类、信号转导机制及群体感应系统对两类细菌素合成的调控进行综述，以初步了解群体感应系统在乳酸菌产细菌素过程中的作用机制。关键词：群体感应；细菌素；信号分子；乳酸菌 Regulation of Bacteriocin Synthesis by Quorum Sensing in Lactic Acid Bacteria: A Review MAN Li-li 1,2，MENG Xiang-chen 1,*，WANG Hui 1，ZHAO Ri-hong 1 (1. Key Laboratory of Dairy Science, Ministry of Education, Northeast Agricultural University, Harbin 150030, China ； 2. Heilongjiang Agricultural Economy Vocational College, Mudanjiang 157041, China)Abstract ：Several lactic acid bacteria (LAB) produce peptides with antimicrobial activity usually referred to as bacteriocins.Bacteriocins are diverse in terms of structure, mode of action, antimicrobial spectrum, and potency. Both LAB and their bacteriocins are generally regarded as safe. Bacteriocins produced by LABs have demonstrated great potential as natural preservatives Intercellular communication has emerged as the key regulatory mechanism that controls the synthesis of bacteriocins via a regulatory strategy denominated quorum sensing, which allows population-wide synchronised produc-tion of antimicrobial peptides as a function of cell density. The intercellular communication phenomenon required for sensing of the cell density is mediated by secreted signaling molecules that accumulate in the environment as the cell density increase and activate signal transduction cascades, resulting in the production of bacteriocins. This review aims at describing the types of signal molecules, signal transduction mechanism and the regulation of quorum sensing in bacterio-cins synthesis of LAB and understanding the regulation mechanism of quorum sensing involved in the production of two classes of bacteriocin in LAB. Key words ：quorum sensing ；bacteriocin ；signal molecules ；lactic acid bacteria 中图分类号：TS252.1 文献标识码：A 文章编号：1002-6630(2011)13-0360-05 收稿日期：2010-09-23 基金项目：教育部“创新团队发展计划”项目(IRT0959)；哈尔滨市科技创新人才专项资金资助项目(2011RFLXN017)作者简介：满丽莉(1981—)，女，博士研究生，研究方向为乳品科学与工程。E-mail ：manlili6@https://www.sodocs.net/doc/4c6509318.html, *通信作者：孟祥晨(1970—)，女，教授，博士，研究方向为食品微生物与生物技术。E-mail ：xchmeng@https://www.sodocs.net/doc/4c6509318.html, 群体感应(quorum sensing ，QS)现象[1]首先是在一种海洋发光细菌Vibrio fischeri 中被发现并描述。群体感应又称为“自动诱导”或“细胞与细胞的交流”。细菌在繁殖过程中向周围环境分泌特定的信号分子，这种信号分子被称为自诱导物(autoinducer ，AI)。群体感应是细菌监控自身群体密度的环境信号感受系统，细菌在繁殖过程中分泌一些特定的信号分子，信号分子从胞内 扩散到胞外，当这种信号分子达到一定的阈值时，细菌感受到自身的细胞密度，启动某些基因的表达，这一过程称为群体感应。感应现象也被称为细胞密度依赖的基因表达[2]，即细菌通过检测胞外信号分子的浓度来“数”种内、种间其他细菌的数量，从而改变特定基因的表达[3]。 乳酸菌是一种广泛应用于食品工业的革兰氏阳性细
人体微生物群落与疾病
人体微生物群落与疾病 人体从一出生开始就有微生物寄生，在慢慢成长的过程中形成性对稳定的微生物菌落平衡。肠道微生物菌落与宿主健康状况的关系十分密切。大多数情况下，微生物菌落与疾病维持着一个简单的关联，但目前还不清楚微生物群的变化是否会精确地引起疾病或者只是简单地反映某种疾病的状态。进一步说，还不清楚微生物平衡是如何或者为什么会朝着菌群失调这种非健康的方向变化。目前的研究认为有三个因素可能会对人体肠道微生物群落产生影响：1、抗菌药的使用。抗菌药物的使用有可能大量杀死某一类型的微生物，从未破坏人体微生物群落。2、饮食。人们的日常饮食会影响人体内微生物的组成，而且食物中的一些化学制剂或者与某些化学制剂具有类似功能的成分都有可能影响体内的微生物菌落。3、心理压力。心理压力也会改变人体内的微生物群落状况，可能引起一些微生物的增加，同时也会降低某些微生物的数量。人体肠道微生物菌落异常与自身免疫疾病、肥胖、糖尿病、自闭症神经系统疾病等很多疾病或健康问题相关。 治疗癌症 法国巴斯德研究所等机构的研究人员在美国期刊《科学》上报告说，常用于癌症化疗的药物环磷酰胺能够破坏肠道黏液层，让肠道细菌进入循环系统，其中一些到达脾和淋巴结的细菌能促进形成免疫细胞，而后者会攻击癌细胞。但当研究人员用抗生素杀死实验鼠的肠道细菌后，环磷酰胺间接促生免疫细胞的能力会大大降低。 《科学》同期发表的美国国家癌症研究院的另一项研究显示，科研人员选取正接受化疗、存活率为70%的癌症实验鼠，并用抗生素杀死其肠道细菌。结果导致这些实验鼠摄入的化疗药物不再起作用，它们的存活率在两个月后下降到20% 生物夺氧 需氧微生物，特别是芽胞杆菌消耗肠道内的氧气，形成厌氧的环境，有利于乳酸杆菌等有益微生物的生长，抑制有害需氧菌和兼性厌氧菌的增值，防止发病。 双歧杆菌 1、维护肠道正常细菌菌群平衡，抑制病原菌的生长，防止便秘，下痢和胃肠障碍等； 2、抗肿瘤； 3、在肠道内合成维生素、氨基酸和提高机体对钙离子的吸收；
环境微生物群落多样性分析
环境微生物群落多样性分析 微生物群落多样性的基本概念 环境中微生物的群落结构及多样性和微生物的功能及代谢机理是微生物生态学的研究热点。长期以来，由于受到技术限制，对微生物群落结构和多样性的认识还不全面，对微生物功能及代谢机理方面了解的也很少。但随着高通量测序、基因芯片等新技术的不断更新，微生物分子生态学的研究方法和研究途径也在不断变化。第二代高通量测序技术（尤其是Roche 454高通量测序技术）的成熟和普及，使我们能够对环境微生物进行深度测序，灵敏地探测出环境微生物群落结构随外界环境的改变而发生的极其微弱的变化，对于我们研究微生物与环境的关系、环境治理和微生物资源的利用以及人类医疗健康有着重要的理论和现实意义。 在国内，微生物多样性的研究涉及农业、土壤、林业、海洋、矿井、人体医学等诸多领域。以在医疗领域的应用为例，通过比较正常和疾病状态下或疾病不同进程中人体微生物群落的结构和功能变化，可以对正常人群与某些疾病患者体内的微生物群体多样性进行比较分析，研究获得人体微生物群落变化同疾病之间的关系；通过深度测序还可以快速地发现和检测常见病原及新发传染病病原微生物。 研究方法进展 环境微生物多样性的研究方法很多，从国内外目前采用的方法来看大致上包括以下四类：传统的微生物平板纯培养方法、微平板分析方法、磷脂脂肪酸法以及分子生物学方法等等。 近几年，随着分子生物学的发展，尤其是高通量测序技术的研发及应用，为微生物分子生态学的研究策略注入了新的力量。 目前用于研究微生物多样性的分子生物学技术主要包括:DGGE/TGGE/TTGE、T-RFLP、SSCP、FISH、印记杂交、定量PCR、基因芯片等。DGGE等分子指纹图谱技术，在其实验结果中往往只含有数十条条带，只能反映出样品中少数优势菌的信息；另一方面，由于分辨率的误差，部分电泳条带中可能包含不
《食品微生物学》授课教案 第二章微生物主要类群的形态结构和功能
《食品微生物学》授课教案 第二章微生物主要类群的形态、结构和功能 教学目的： 1、掌握原核生物和真核生物的主要区别。 2、掌握细菌细胞的形态结构、化学组成和生理功能以及细菌的繁殖特点和菌落特征。 3、掌握酵母菌细胞的形态结构、菌落特征的繁殖方式。 4、掌握霉菌细胞的形态结构、繁殖特点、菌落特征和生活史类型。 5、掌握噬菌体的形态结构以及烈性噬菌体和温和性噬菌体的繁殖特点。 6、掌握噬菌体与工业发酵的关系。 教学重点： 1、掌握细菌细胞的形态结构、化学组成和生理功能以及细菌的繁殖特点和菌落特征。 2、革兰氏染色的步骤与机理 3、掌握噬菌体的形态结构以及烈性噬菌体和温和性噬菌体的繁殖特点。 教学难点： 1、革兰氏染色的步骤与机理 2、掌握噬菌体的形态结构以及烈性噬菌体和温和性噬菌体的繁殖特点。 教学课时：8学时 教学方法：多媒体教学 教学内容：
原核微生物与真核微生物的区别归纳起来概括以下几方面，即细胞核、细胞膜、核糖体、繁殖等。 非细胞型：病毒 细胞型：原核微生物：细菌、放线菌等，无明显核，也无核膜、核仁。真核微生物：酵母菌、霉菌，有明显核，有核膜、核仁。 一、细菌 （一）细菌的形态和大小 1、基本形态： 球菌 杆菌：是细菌中种类最多的。 螺旋菌 2、细菌大小： 显微测微尺 （二）细菌细胞结构 分为基本结构和特殊结构。基本结构是细胞不变部分，每个细胞都有，如细胞壁、膜、核。特殊结构是细胞可变部分，不是每个都有，如鞭毛、荚膜、芽孢。 1、基本结构 1）细胞壁：位于细胞表面，较坚硬，略具弹性结构。 功能：维持细胞外形；保护细胞免受机械损伤和渗透压危害；鞭毛运动支点；正常细胞分裂必需；一定的屏障作用；噬菌体受体位点所在。 另外与细菌的抗原性、致病性有关。 革兰氏染色：
微生物学课后习题及答案
微生物学课后习题及答案 第一章 一.微生物有哪些主要类群？有哪些特点？ 答：类群：1.真核细胞型；2.原核细胞型：细菌，放线菌，衣原体，支原体，立克次式体； 3.非细胞型：病毒。 特点：1.体小，面积大 2.吸收多，转化快 3.生长旺，繁殖快4.分布广，种类多 5.适应强，易变异二.你认为现代微生物学的发展有哪些趋势？ 答：研究领域有制药、治理环境污染等，微生物的基因科学，微生物病毒学，现代微生物学已发展出很多的分支学科，如病毒学，微生物基因组学，应用微生物（生物农药，浸矿微生物等），病源微生物（主要指细菌），海洋微生物，古细菌等，现代微生物学的研究主要集中在菌种的遗传背景，市场化应用等，食品微生物快速检测技术、食用菌的生产、功能性成分的提取等。三.简述微生物与制药工程的关系。 答：1.人类除机械损伤外的疾病都是由微生物造成的 2.微生物又是人用来防治疾病的常用方法 3.微生物在自然环境中分布广泛来源很多 4.微生物的代谢产物相当多样，可用于生物制药 5.微生物和人之间的关系，涉及人、微生物、植物的协同进化 6.遗传学与生态学名词对照：
古菌域：Archaea 三域学说分为古菌域、细菌域、真核生物域，古菌域为其中一大类别。 （不确定） 细菌域：bacteria 三域学说分为古菌域、细菌域、真核生物域，细菌域为其中一大类别。 （不确定） 真核生物域：Eukarya 三域学说分为古菌域、细菌域、真核生物域，真核生物域为其中一大类别。 （不确定） 微生物：microorganism 是所有形态体积微小的单细胞或者个体结构简单的多细胞以及没有细胞结构的低等生物的通称。 第二章 一.比较下列各队名词 ①.原核微生物与真核微生物：原核微生物没有明显的细胞核，无核膜，核仁，无染色体，其细胞核为拟核，细胞内么有恒定的内膜系统，核糖体为70S型，大多为单细胞微生物。真核微生物有明显细胞核，有各种细胞器，核糖体为80S型。 ②.真细菌与古菌：相同点：以甲硫氨酸起始蛋白质的合成，核糖体对氯霉素不敏感，RNA聚合酶和真核细胞的相似，DNA具有内含子并结合组蛋白。 不同点：细胞膜中的脂质是不可皂化的，细胞壁不含肽聚糖等。
细菌群体感应调节系统
细菌的群体感应调节系统Quorum sensing 苏晓娜 （10动物丁颖班201030710318） 摘要：传统观念认为细菌是一种个体的、非社会性的生物体。近来的研究表明细菌可以产生化学信号并通过它们实现细菌间信息传递。细菌的群体感应调节系统(Quorum sensing, QS)调节着个体细胞之间的相互合作,使其表现出类似多细胞的群体行为。本综述参考了近几年的文献报道，对QS的发现、分类、特点、功能、应用及前景等作简要介绍。 关键词：细菌群体感应调节系统信号传递进化应用合作 细菌分泌一种或者几种小分子量的化学信号分子促进细菌个体间相互交流,协调群体行为,该现象称为群体感应(quorum sensing ,QS)。[1]传统观念认为细菌是一种个体的、非社会性的生活方式。而实际上, 细菌往往生活在一个相互作用的群体(Population)中, 通过各种各样分泌到细胞外的化合物行使着不同类型的相互作用。[2]。QS现象是于1977年在一种海洋发光细菌Vibrio fischeri中首次发现的，是细菌通过分泌可溶性信号分子来监测群体密度并协调细菌生物功能的信息交流机制。[3]本文介绍细菌群体感应调节系统的发现及研究的过程，并从中探讨研究细菌群体感应调节系统的意义。 1细菌群体感应调节系统的概念 细菌根据特定信号分子的浓度可以监测周围环境中自身或其它细菌的数量变化,当信号达到一定的浓度阈值时,能启动菌体中相关基因的表达来适应环境中的变化,这一调控系统被称为细菌的群体感应调节系统。[4]很多细菌会低水平地合成并分泌被称为自诱导物 ( autoinducer) 的小分子信号分子, 细菌通过这些信号分子进行信息的交流。当信号分子浓度较低时, 它不足以诱导目的基因的表达。但是信号分子的浓度会随着细菌浓度的增大而增大, 当其浓度达到阈值时, 就会诱导一些结构基因表达, 同时也诱导其自身合成基因的表达, 产生更多的信号分子来诱导结构基因和自身基因大量表达, 如此形成一种正反馈机制。[5]。例如根癌农杆(Agrobacteriumtumefaciens) 、胡萝卜软腐欧文氏菌( Erwinia carotovora) 等植物病原菌,至少要在营养缺乏的土壤和防御严密营养丰富的寄主两种复杂生境中交替生活。当病原菌侵染寄主时,必需达到一定的基数才能侵染成功,因为此时的信号分子浓度才能启动侵染寄主起关键作用基因的表达,否则其侵染不能成功;另外枯草芽胞杆菌( Bacillussubtilis) 也利用QS 系统对自身发育进行调控,当菌体密度高时,信号分子浓度相应增高启动了芽胞形成基因的表达。[4]
细菌群体感应系统研究进展
综 述 细菌群体感应系统研究进展 张晓兵,府伟灵 (第三军医大学第一附属医院检验科,重庆400038) 关键词:群体感应;信号分子;研究进展 中图分类号:R378 文献标识码:A 文章编号:1005 4529(2010)11 1639 04 细菌分泌一种或者几种小分子量的化学信号分子促进细菌个体间相互交流,协调群体行为,该现象称为群体感应(quorum sensing,Q S)。细菌利用信号分子感知周围环境中自身或其他细菌的细胞群体密度的变化,并且信号分子随着群体密度的增加而增加,当群体密度达到一定阈值时,信号分子将启动菌体中特定基因的表达,改变和协调细胞之间的行为,呈现某种生理特性,从而实现单个细菌无法完成的某些生理功能和调节机制。 20世纪70年代,研究海洋细菌费氏弧菌(Vibr io f is ch er i)和哈氏弧菌(夏威夷弧菌;V.har vey i)生物发光现象发现群体感应[1]。群体感应参与调控细菌的多种生活习性以及各种生理过程,如生物发光、质粒的接合转移、生物膜与孢子形成、细胞分化、运动性、胞外多糖形成等,尤其致病菌的毒力因子的诱导、细菌与真核生物的共生、抗菌药物与细菌素合成等与人类关系密切的细菌生理特性相关。笔者就QS 机制、临床意义、医学前景做一简单综述。 1 QS机制 1.1 革兰阳性菌Q S系统 革兰阳性菌主要用翻译后修饰的寡肽物质作为QS信号分子,感应菌群密度和环境因子的变化,并将环境信息传递给双组分信号转导系统(T CS),后者再调控相关基因表达。A IP通常由5~17氨基酸组成,而氨基酸侧链通常含有修饰性基团,如异戊烯基基团(芽胞杆菌属)、硫内酯环(葡萄球菌属)。在细胞质中合成前体肽,然后经过加工、修饰并转运到细胞外环境中形成多个AI P。不同菌中前体肽的长度及组成差异较大,转录后加工增加了A IP的稳定性、特异性和功能性。AI P之间的细微差别提供了信号的特异性。当胞外的AI P达到阈浓度时可被菌体上的A IP识别系统识别。该识别系统为双组分磷酸激酶,与A IP结合后,引起激酶的组胺酸残基磷酸化,经过一个复杂的传递过程,最终使胞内受体蛋白的天冬氨酸残基磷酸化,磷酸化后的受体蛋白能与DN A特定靶位结合,从而调控靶基因的转录表达。 不同革兰阳性菌其信号肽的结构也不同。由于与受体结合效率和AI P化学结构高度相关,通常大多数革兰阳性菌,还有部分革兰阴性菌利用该系统进行种内之间的联系[2]。 收稿日期:2010 02 07; 修回日期:2010 04 091.2 革兰阴性菌Q S系统 革兰阴性菌QS信号分子,也被称为自诱导物(A I) 1(A I 1)。A HL s由一个疏水性的保守高丝氨酸内酯环的头部和一个亲水性的可变的酰胺侧链的尾部组成,可变的酰基链的尾部决定了A HL s多样性。A H Ls 间的差异主要体现在酰胺基侧链的有无和长短、酰胺链上的第3位碳原子上的取代基团差异(氢基、羟基或羰基)以及侧链有无一个或多个不饱和键。A H Ls差异是在其合成过程中,即是由高丝氨酸结合了不同的酰基 酰基载体蛋白的酰基侧链形成的。A H L s带有短的酰胺侧链使其被动地进出细菌细胞壁,这与带有长的酰胺侧链的A H Ls和A IP不同,后二者靠主动转运机制跨过细菌细胞膜[2]。 大多数革兰阴性菌,L ux I蛋白和Lux R蛋白参与到群体感应系统中。L uxI蛋白是自体诱导物合成酶,能够合成信号分子AH L s,L ux R蛋白是细胞质内自体诱导物感受因子,同时也是一种DN A结合转录激活元件,A HL s扩散到细胞外后,随着细胞密度的增加而积累,当这种信号密度积累到临界密度时就与Lux R结合,结合后的复合物能激活基因转录。由于L uxR蛋白仅结合特异性AH L s,那么L uxI/L ux R 系统也主要用于种内间的群体感应。然而,能够结合几种A H Ls的Lux R蛋白已有报道,例如,沙门菌属SdiA蛋白主要与细菌种间感应有关[3]。 1.3 革兰阳性菌与革兰阴性菌共有Q S系统 20世纪90年代,在多个革兰阴性菌发现另外一套QS系统,该系统信号物质为由L ux S蛋白形成的自诱导物(A I) 2(AI 2),其主要成分为呋喃酮酰硼酸酯(furanosyl bor ate ester)。A I 2在50多种不同细菌中得到报道,包括革兰阳性菌和革兰阴性菌[4]。哈氏弧菌,AI 2分子的受体是L uxP蛋白,L uxP A I 2复合物结合到另一种蛋白Lux Q,后者含有包含一个传感器激酶区和反应调节区。当细菌密度低并且缺乏A I 2时,在L uxU中间蛋白的帮助下,L uxQ将L ux O磷酸化,反过来,磷酸化的L uxO激活了抑制荧光素酶操纵子转录的抑制蛋白的转录。当细菌密度过高时,A I 2的出现,促使L ux Q磷酸化酶活性降低,从而L ux O失活,这样导致Lux R介导荧光素酶的转录[5]。哈氏弧菌与费氏弧菌L ux R构成有一定的区别。虽然在大多数肠道细菌,A I 2直接调节编码A BC转运系统的基因,这表明A I 2主要功能是参与代谢调节[6],但在群体感应系统中,A I 2还应该被认为是细菌间联系的通用信号![7]。