大腸桿菌的細(xì)胞間通訊及信號(hào)傳遞.pdf

1、在細(xì)菌的生活過(guò)程中，環(huán)境條件、細(xì)菌的密度及生理狀態(tài)常常處于變化之中。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的進(jìn)化過(guò)程，為了對(duì)外部環(huán)境及胞內(nèi)生理狀態(tài)的變化作出及時(shí)反應(yīng)，細(xì)菌已經(jīng)學(xué)會(huì)利用各種小分子化合物作為信號(hào)分子，并發(fā)展出各種信號(hào)傳遞機(jī)制去捕獲及把這些信號(hào)傳遞到細(xì)胞中去。細(xì)菌細(xì)胞間通迅能使細(xì)菌在多細(xì)胞水平上采取協(xié)調(diào)一致的行動(dòng)，這一過(guò)程通常又稱(chēng)為群體感應(yīng)或密度依賴(lài)的基因調(diào)控，即細(xì)菌在增殖的過(guò)程中，不斷地向胞外分泌信號(hào)小分子，這種信號(hào)小分子被稱(chēng)為自誘導(dǎo)物。隨著細(xì)菌數(shù)量的增

2、加，自誘導(dǎo)物就在周?chē)h(huán)境中逐漸積累，當(dāng)自誘導(dǎo)物達(dá)到一定的閾值濃度時(shí)，即可進(jìn)入細(xì)胞，與受體結(jié)合，從而開(kāi)啟或關(guān)閉一些基因的轉(zhuǎn)錄。在大腸桿菌K-12菌株中，存在兩套群體感應(yīng)信號(hào)系統(tǒng)，以AI-1為信號(hào)分子的群體感應(yīng)系統(tǒng)一及以AI-2為信號(hào)分子的群體感應(yīng)系統(tǒng)二。 群體感應(yīng)系統(tǒng)一包括與LuxR及LuxI同源的一對(duì)蛋白。群體感應(yīng)系統(tǒng)一的信號(hào)分子為AI-1，它由LuxI合成，它的受體蛋白為L(zhǎng)uxR。大腸桿菌中的LuxR同源蛋白為SdiA，但無(wú)L

3、uxI同源蛋白且不能合成任何AI-1信號(hào)分子。但是大腸桿菌的SdiA蛋白能夠感應(yīng)來(lái)自其它細(xì)菌的AI-1信號(hào)分子。最近有報(bào)道指出，大腸桿菌通過(guò)利用SdiA感應(yīng)環(huán)境中的吲哚及AI-1的濃度變化來(lái)控制生物膜的形成，至于SdiA能否直接與吲哚結(jié)合，目前仍沒(méi)有確切的答案。研究表明，SdiA能夠促進(jìn)或抑制核糖核酸多聚酶與啟動(dòng)子的結(jié)合，從而控制目的基因的轉(zhuǎn)錄。細(xì)胞中過(guò)量表達(dá)SdiA能夠影響許多基因的表達(dá)，其中包括一些與細(xì)胞分裂、運(yùn)動(dòng)性、趨化性、及藥物

4、代謝相關(guān)的基因。 大腸桿菌有一個(gè)完整的群體感應(yīng)系統(tǒng)二，共包括九個(gè)基因，即luxS、lsrR、lsrK、及l(fā)srACDBFG。cAMP-CRP復(fù)合體促進(jìn)lsrR及l(fā)sr操縱子(lsrACDBFG)的表達(dá)，lsrR與lsr操縱子相鄰但轉(zhuǎn)錄方向相反，LsrR能夠抑制lsrR及l(fā)sr操縱子的表達(dá)。由LuxS合成群體感應(yīng)系統(tǒng)二的信號(hào)分子，即AI-2，隨著細(xì)菌的增殖，該信號(hào)分子在胞外不斷地積累。當(dāng)胞外的AI-2達(dá)到一定的閾值濃度時(shí)，由lsr

5、操縱子編碼的載體運(yùn)入胞內(nèi)，然后被LsrK磷酸化，磷酸化的AI-2與LsrR結(jié)合并改變其構(gòu)象，從而達(dá)到調(diào)控目的。LsrF與LsrG參與后續(xù)的磷酸化AI-2的降解過(guò)程。最近研究表明，lsrR或lsrK突變株形成生物膜的厚度及總量均較野生株有所降低。同時(shí)，lsrR或lsrK突變株中的sRNA，即全局調(diào)控因子DsrA及細(xì)胞分裂抑制因子DicF的表達(dá)增加了2-4.4倍。在弧菌Vibrio harveyi中，有三條群體感應(yīng)信號(hào)通路，這三條通路會(huì)聚到

6、一起，控制同一套基因的表達(dá)，sRNA也參與了這一調(diào)控過(guò)程。在大腸桿菌中，僅知道cAMP-CRP復(fù)合體通過(guò)結(jié)合到lsrR及l(fā)sr操縱子的啟動(dòng)序列上，促進(jìn)它們的表達(dá)，LsrR的作用正好相反。然而，大腸桿菌中群體感應(yīng)系統(tǒng)一與系統(tǒng)二之間的相互作用關(guān)系仍不清楚。 為了更全面地了解大腸桿菌群體感應(yīng)信號(hào)途徑，及群體感應(yīng)與其它信號(hào)通路之間的關(guān)系，本研究采用基因敲除、凝膠阻滯及酶學(xué)分析等方法，分析了SdiA對(duì)YdiV的轉(zhuǎn)錄調(diào)控作用，及SdiA與群

7、體感應(yīng)系統(tǒng)二的相互作用。環(huán)二烏苷酸是細(xì)菌中的第二信使，它由含GGDEF。結(jié)構(gòu)域的蛋白合成，被含EAL結(jié)構(gòu)域的蛋白降解。YdiV就是一個(gè)含EAL結(jié)構(gòu)域的蛋白。在本研究中，我們發(fā)現(xiàn)sdiA及ydiV的表達(dá)同時(shí)受到葡萄糖的抑制。SdiA能夠結(jié)合到y(tǒng)diV的啟動(dòng)子區(qū)域，來(lái)自于其它細(xì)菌的AI-1在非sdiA突變株中能夠促進(jìn)vdiV的表達(dá)。通過(guò)進(jìn)一步的研究，我們還發(fā)現(xiàn)SdiA具有非特異性地結(jié)合DNA的能力。在sdiA及ydiV雙突變株中，而不是單突