群体感应抑制剂控制微生物污染的研究进展

摘要 群体感应是依据细菌种群密度的一种细菌交流机制。细菌根据这个机制可调节多种活力，如毒力、生物膜的形成、生物发光、孢子的形成、DNA转录等。近年来，相关报道提出如果细菌的群体感应被干扰，那么微生物基因的表达和代谢将受到影响，从而影响微生物的生长和繁殖。因此，群体感应抑制剂可作为控制微生物污染的可行方案。研究中，简要描述了主要的群体感应系统、确定自体诱导物类型的方法和理想群体感应抑制剂应具备的特点，突出介绍了4种具有群体感应抑制功能的植物精油，并且总结了几种有群体感应抑制功能的物质。

关键词 群体感应；群体感应抑制剂；微生物污染；根癌农杆菌；紫色杆菌；精油

中图分类号 S-03；Q93 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2015）32-035-03

Abstract Quorum sensing is a bacterial exchange mechanism based on the population density of bacteria. With the help of this process， bacteria regulate myriad activities such as： virulence， biofilm formation， luminescence， sporulation， DNA transfer and so on. In recent years， reports suggest that if quorum sensing is disturbed， then the gene expression and metabolism of microorganisms will be affected， thus affecting microbial growth and reproduction. Therefore quorum sensing inhibitors can be used as a viable option to control microbial fouling. This article briefly described the main quorum sensing system， methods of determine quorum sensing systems and requisites for ideal quorum sensing inhibitors. We also highlighted four kinds of plant essential oils and summarized several materials， which can be used as quorum sensing inhibitors.

Key words Quorum sensing； Quorum sensing inhibitors； Microbial fouling； Agrobacterium tumefaciens； Chromobacterium violaceum； Essential oil

许多细菌之间存在交流。它们根据种群密度的改变来调整它们的基因表达。这种现象被称为群体信号感应（quorum sensing，QS）。大量关于群体感应的工作在铜绿假单胞菌、金黄色葡萄球菌、费氏弧菌、哈维氏弧菌、大肠杆菌、霍乱弧菌等致命性病原体中展开来阐明群体感应的机制。研究证明，群体感应过程包含信号分子的产生、信号分子在介质中的积累至某一阙值浓度、受体识别信号分子、根据信号-受体复合体的浓度进行大量基因的表达[1]。

群体感应主要存在3种系统。以自体诱导物1（autoinducer1，简称 AI1）为信号分子的群体感应系统。在这个系统中，一些革兰氏阳性菌以小肽（autoinducer peptide）作为信号分子；革兰氏阴性菌尤其是一些重要的病原菌通常以高丝氨酸内酯（Nacylhomoserine lactonase，AHLs）分子作为信号分子，这些细菌中通常存在luxI基因或luxR基因[2]。以自体诱导物2（autoinducer2，简称 AI2）为信号分子的群体感应系统在海洋生物发光细菌哈维氏弧菌中被发现，是最普遍的群体感应系统。该系统信号分子的前体物质为4，5二羟基2，3戊二酮（4，5dihydroxy2，3pentanedione，简称DPD）。DPD是由S腺苷高半胱氨酸经两步酶促反应合成的[3]。相似地，在以自体诱导物3（autoinducer3，简称 AI3）为群体感应的细菌细胞内也存在两种激酶。但是，其信号分子还未被准确确定，其结构可能与儿茶酚胺类相似[4]。

近年来，相关研究证明群体感应抑制剂可以调节细菌的群体感应系统，控制细菌生物膜的形成、毒力的产生等代谢过程[5]，从而抑制细菌在物体表面的生长和繁殖，达到控制污染的目的。大量研究在筛选群体感应抑制剂和研究其作用机制中展开。为此，笔者简单概括了自体诱导物确定的方法和理想群体感应抑制剂所需具备的条件，主要介绍了4种有群体感应抑制效用的植物精油，并且总结了多种有效的群体感应抑制剂。

1 自体诱导物的确定

通常使用根癌农杆菌NTL4（pZLR4）和紫色杆菌CV026确定以AHL为信号分子的群体感应系统。根癌农杆菌NTL4（pZLR4）自身不产生AHL分子。当存在外源AHL分子时，其β半乳糖苷酶活性会被激活，使得培养基中的XGal被水解，从而产生蓝色。但是，它对短链的AHL分子不敏感，所以使用紫色杆菌CV026作为报告菌，进行二次检测。紫色杆菌CV026自身不能合成C6HSL，可通过产生紫色色素报告存在外源的AHL分子，特别是侧链长度为4～8个碳的AHL分子[6]。

通过哈维弧菌MM32（ATCC BAA1117，luxS，luxN）生物发光筛选以AI2为信号分子的群体感应系统。这株菌株缺少luxS合酶、luxN蛋白酶和AHL受体，且自身不产生DPD信号。在存在外源诱导物的条件下，群体感应效应可以被测量[7]。