[科普中國(guó)]-酵母菌群體感應(yīng)

近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，真菌中也存在類似于細(xì)菌群體感應(yīng)信號(hào)分子的物質(zhì)，并參與調(diào)節(jié)真菌菌相轉(zhuǎn)化、致病行為及次級(jí)代謝產(chǎn)物產(chǎn)生等生理行為。自 2000 年首次在莢膜組織胞漿菌中發(fā)現(xiàn)群體感應(yīng)現(xiàn)象以來(lái)，越來(lái)越多的研究表明真菌中也存在群體感應(yīng)。

酵母菌中的群體感應(yīng)現(xiàn)象：莢膜組織胞漿菌( Histoplasma capsulatum) 是一種雙相真菌，真菌中的群體感應(yīng)現(xiàn)象最初是在其絲狀體和酵母細(xì)胞的兩種形態(tài)的轉(zhuǎn)換調(diào)節(jié)中發(fā)現(xiàn)的。白色念珠菌是一種常見(jiàn)的人類條件致病菌，作為雙相真菌，它的菌絲相是一種重要的致病因子，也是較早被報(bào)道具有群體感應(yīng)系統(tǒng)的真菌之一，它通?？梢砸越湍赶嗪途z相兩種形式存在，并且可以互相轉(zhuǎn)換，這種轉(zhuǎn)換由群體感應(yīng)系統(tǒng)控制。

群體感應(yīng)群體感應(yīng)又稱自動(dòng)誘導(dǎo)(autoinduction)，細(xì)胞與細(xì)胞的交流(celltocellcommunication)，最初是指一種細(xì)菌細(xì)胞之間的通訊系統(tǒng)，即通過(guò)分泌擴(kuò)散性信號(hào)分子感知細(xì)菌群體的密度和周圍環(huán)境的變化，當(dāng)菌群數(shù)達(dá)到一定的量后，啟動(dòng)一系列相應(yīng)基因的表達(dá)，來(lái)調(diào)節(jié)菌體的群體行為。產(chǎn)生的信號(hào)分子被稱為群體感應(yīng)分子(quorumsensingmolec-ular，QSM)或自誘導(dǎo)物(autoinducer，AI)。群體感應(yīng)分子在環(huán)境中的濃度會(huì)隨菌群密度的增加而增加，當(dāng)QSM的濃度達(dá)到一個(gè)閾值時(shí)，能啟動(dòng)菌體中相關(guān)基因的表達(dá)來(lái)適應(yīng)環(huán)境的變化，群體感應(yīng)參與調(diào)控細(xì)菌的多種生理行為，如生物發(fā)光生物薄膜形成、、細(xì)菌毒力因子分泌等1。

20世紀(jì)70年代，Nealson在海洋細(xì)菌費(fèi)氏弧菌(Vibriofischeri)和哈維氏弧菌(Vibrioharveyi)中發(fā)現(xiàn)了有群體感應(yīng)控制的生物發(fā)光現(xiàn)象。Vibriofis-cheri可與某些海生動(dòng)物共生，宿主利用該菌發(fā)出的光捕獲食物、躲避天敵和尋找配偶，而Vibriofischeri也獲得一個(gè)營(yíng)養(yǎng)豐富的生存環(huán)境。這些居住于某些魚(yú)類光器官中發(fā)光的Vibriofischeri，只有當(dāng)細(xì)胞密度達(dá)到一定閾值時(shí)才會(huì)發(fā)光，并且發(fā)光機(jī)制受到一種小分子的調(diào)節(jié)。1994年Fuqua等首次將這種密度依賴的自調(diào)控現(xiàn)象稱之為“群體感應(yīng)”，隨后大量的研究表明革蘭氏陽(yáng)性菌和革蘭氏陰性菌都普遍存在群體感應(yīng)現(xiàn)象。近年來(lái)研究表明，真菌中也存在類似于細(xì)菌群體感應(yīng)信號(hào)分子的信息素，并參與調(diào)節(jié)真菌菌相轉(zhuǎn)化、致病性及次級(jí)代謝產(chǎn)物產(chǎn)生等行為。

真菌群體感應(yīng)近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，真菌中也存在類似于細(xì)菌群體感應(yīng)信號(hào)分子的物質(zhì)，并參與調(diào)節(jié)真菌菌相轉(zhuǎn)化、致病行為及次級(jí)代謝產(chǎn)物產(chǎn)生等生理行為。自2000年首次在莢膜組織胞漿菌中發(fā)現(xiàn)群體感應(yīng)現(xiàn)象以來(lái)，越來(lái)越多的研究表明真菌中也存在群體感應(yīng)。

酵母菌群體感應(yīng)（1）莢膜組織胞漿菌QS系統(tǒng)

莢膜組織胞漿菌(Histoplasmacapsulatum)是一種雙相真菌，真菌中的群體感應(yīng)現(xiàn)象最初是在其絲狀體和酵母細(xì)胞的兩種形態(tài)的轉(zhuǎn)換調(diào)節(jié)中發(fā)現(xiàn)的。莢膜組織胞漿菌形成酵母相是致病的必要條件，其細(xì)胞壁中α－1，3葡聚糖糖苷與致病性密切相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)在體外條件下，莢膜組織胞漿菌接種量對(duì)糖苷的產(chǎn)生具有顯著影響:當(dāng)接種密度高時(shí)糖苷產(chǎn)量高，密度低時(shí)大部分酵母細(xì)胞不再合成糖苷，這是由于，高密度培養(yǎng)時(shí)組織胞漿菌酵母細(xì)胞會(huì)釋放一種相對(duì)分子質(zhì)量大于6000的物質(zhì)，其作用類似于細(xì)菌中的信號(hào)分子，可以促進(jìn)糖苷的合成。

（2）白色念珠菌的QS系統(tǒng)

白色念珠菌是一種常見(jiàn)的人類條件致病菌，作為雙相真菌，它的菌絲相是一種重要的致病因子，也是較早被報(bào)道具有群體感應(yīng)系統(tǒng)的真菌之一，它通?？梢砸越湍赶嗪途z相兩種形式存在，并且可以互相轉(zhuǎn)換，這種轉(zhuǎn)換由群體感應(yīng)系統(tǒng)控制。當(dāng)接種量mL時(shí)，白念珠菌以菌絲相生長(zhǎng)，而當(dāng)接種量>106cells/mL時(shí)，白色念珠菌則以酵母相生長(zhǎng)。目前已知，白色念珠菌的信號(hào)分子主要有法尼醇(farnesol)、酪醇(tyrosol)和法尼酸(farnesoicacid)。法尼醇是第一個(gè)在真菌中被發(fā)現(xiàn)的群體效應(yīng)分子，相對(duì)分子質(zhì)量為222.37，分子式為C15H26O，法尼醇的濃度隨菌體密度的增加而增長(zhǎng)，法尼醇阻止白色念珠菌的酵母相向菌絲相轉(zhuǎn)換。法尼醇對(duì)生物膜的形成也有影響，白色念珠菌通過(guò)形成生物膜引起感染。Ramage等報(bào)道培養(yǎng)基中加入法尼醇可以有效抑制白色念珠菌生物膜的形成。

此外，2004年Fink發(fā)現(xiàn)酪醇是白色念珠菌產(chǎn)生的另一種QSM，其作用同法尼醇相反，這一信號(hào)分子促進(jìn)白色念珠菌從酵母細(xì)胞到菌絲狀體的轉(zhuǎn)換。Alem等表法尼醇在菌相轉(zhuǎn)換方而的作用要?jiǎng)儆诶掖?。

霉菌群體感應(yīng)現(xiàn)象近年來(lái)，絲狀真菌中的群體感應(yīng)也被陸續(xù)報(bào)道，菌體的形態(tài)建成和次級(jí)代謝產(chǎn)物的產(chǎn)生都與細(xì)胞的群體密度有關(guān)。

氧脂素(oxylipins)是不飽和脂肪酸(亞油酸及其衍生物)在脂氧化酶(PpoA，PpoB，PpoC，PpoD和LOX)的作用下形成的一類化合物，它在一些動(dòng)植物致病菌和腐生真菌中廣泛存在。已有的研究表明，氧脂素在調(diào)節(jié)有性孢子和無(wú)性孢的比例中起關(guān)鍵作用，次級(jí)代謝產(chǎn)物也受其調(diào)控3。在黃曲霉中也存在類似群體感應(yīng)的現(xiàn)象。隨著群體密度的增加，黃曲霉逐漸實(shí)現(xiàn)從菌核到分生孢子的轉(zhuǎn)換，而當(dāng)敲除lox基因后菌體不能正常產(chǎn)生氧脂素，菌相不能正常轉(zhuǎn)換4。Sorrentino等發(fā)現(xiàn)在土曲霉中也存在細(xì)胞與細(xì)胞的交流機(jī)制。在低密度時(shí)外源添加氧脂素的前體物質(zhì)亞油酸(linoleicacid)后，土曲霉次級(jí)代謝產(chǎn)物洛伐他汀的產(chǎn)量明顯提高。已有報(bào)道表明，一丁內(nèi)脂(γ0butyrolactone)及其衍生物是細(xì)菌中的QSM，后來(lái)發(fā)現(xiàn)丁內(nèi)酯也可作為自誘導(dǎo)物來(lái)調(diào)節(jié)菌核青霉菌(Penicilliumsclerotiorum)核叢青霉素(scle-rotiorin)的產(chǎn)生。Raina等對(duì)丁內(nèi)酯是否可以作為QSM來(lái)調(diào)節(jié)土曲霉洛伐他汀的產(chǎn)生進(jìn)行了探究。證實(shí)丁內(nèi)酯是土曲霉中的一種群體效應(yīng)分子5。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

梁志宏 - 副教授 - 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)