论文摘要
在细菌的生活过程中,环境条件、细菌的密度及生理状态常常处于变化之中。经过长期的进化过程,为了对外部环境及胞内生理状态的变化作出及时反应,细菌已经学会利用各种小分子化合物作为信号分子,并发展出各种信号传递机制去捕获及把这些信号传递到细胞中去。细菌细胞间通迅能使细菌在多细胞水平上采取协调一致的行动,这一过程通常又称为群体感应或密度依赖的基因调控,即细菌在增殖的过程中,不断地向胞外分泌信号小分子,这种信号小分子被称为自诱导物。随着细菌数量的增加,自诱导物就在周围环境中逐渐积累,当自诱导物达到一定的阈值浓度时,即可进入细胞,与受体结合,从而开启或关闭一些基因的转录。在大肠杆菌K-12菌株中,存在两套群体感应信号系统,以AI-1为信号分子的群体感应系统一及以AI-2为信号分子的群体感应系统二。群体感应系统一包括与LuxR及LuxI同源的一对蛋白。群体感应系统一的信号分子为AI-1,它由LuxI合成,它的受体蛋白为LuxR。大肠杆菌中的LuxR同源蛋白为SdiA,但无LuxI同源蛋白且不能合成任何AI-1信号分子。但是大肠杆菌的SdiA蛋白能够感应来自其它细菌的AI-1信号分子。最近有报道指出,大肠杆菌通过利用SdiA感应环境中的吲哚及AI-l的浓度变化来控制生物膜的形成,至于SdiA能否直接与吲哚结合,目前仍没有确切的答案。研究表明,SdiA能够促进或抑制核糖核酸多聚酶与启动子的结合,从而控制目的基因的转录。细胞中过量表达SdiA能够影响许多基因的表达,其中包括一些与细胞分裂、运动性、趋化性、及药物代谢相关的基因。大肠杆菌有一个完整的群体感应系统二,共包括九个基因,即luxS、lsrR、IsrK、及lsrACDBFG。cAMP-CRP复合体促进lsrR及lsr操纵子（lsrACDBFG）的表达,lsrR与lsr操纵子相邻但转录方向相反,LsrR能够抑制lsrR及lsr操纵子的表达。由LuxS合成群体感应系统二的信号分子,即AI-2,随着细菌的增殖,该信号分子在胞外不断地积累。当胞外的AI-2达到一定的阈值浓度时,由lsr操纵子编码的载体运入胞内,然后被LsrK磷酸化,磷酸化的AI-2与LsrR结合并改变其构象,从而达到调控目的。LsrF与LsrG参与后续的磷酸化AI-2的降解过程。最近研究表明,lsrR或lsrK突变株形成生物膜的厚度及总量均较野生株有所降低。同时,lsrR或lsrK突变株中的sRNA,即全局调控因子DsrA及细胞分裂抑制因子DicF的表达增加了2—4.4倍。在弧菌Vibrio harveyi中,有三条群体感应信号通路,这三条通路会聚到一起,控制同一套基因的表达,sRNA也参与了这一调控过程。在大肠杆菌中,仅知道cAMP-CRP复合体通过结合到lsrR及lsr操纵子的启动序列上,促进它们的表达,LsrR的作用正好相反。然而,大肠杆菌中群体感应系统一与系统二之间的相互作用关系仍不清楚。为了更全面地了解大肠杆菌群体感应信号途径,及群体感应与其它信号通路之间的关系,本研究采用基因敲除、凝胶阻滞及酶学分析等方法,分析了SdiA对YdiV的转录调控作用,及SdiA与群体感应系统二的相互作用。环二鸟苷酸是细菌中的第二信使,它由含GGDEF结构域的蛋白合成,被含EAL结构域的蛋白降解。YdiV就是一个含EAL结构域的蛋白。在本研究中,我们发现sdiA及ydiV的表达同时受到葡萄糖的抑制。SdiA能够结合到ydiV的启动子区域,来自于其它细菌的AI-1在非sdiA突变株中能够促进ydiV的表达。通过进一步的研究,我们还发现SdiA具有非特异性地结合DNA的能力。在sdiA及ydiV双突变株中,而不是单突变株中,胞内的cAMP浓度降低了2倍,cAMP浓底的降低使大肠杆菌中群体感应系统二受到抑制。这些研究结果说明了YdiV及cAMP介导了大肠杆菌中两个群体感应系统之间的相互作用;并提示了大肠杆菌中感应各种环境因子的信号通路,如自诱导物及葡萄糖相关信号途径,通过一定的方式联系起来,一起控制细菌的系列行为。