產(chǎn)氫類(lèi)球紅細(xì)菌的群體感應(yīng)系統(tǒng)功能研究.pdf

1、細(xì)菌通過(guò)產(chǎn)生信號(hào)分子來(lái)感知環(huán)境中自身與其他細(xì)菌的數(shù)量。當(dāng)信號(hào)分子濃度隨細(xì)菌密度的增加達(dá)到一定閥值時(shí)，整個(gè)細(xì)菌群落就會(huì)在群體水平上作出基因表達(dá)的調(diào)整，從而使細(xì)菌作出適應(yīng)環(huán)境的變化，這一系統(tǒng)被稱(chēng)為群體感應(yīng)(Quorum-sensing，QS)系統(tǒng)。 群體感應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行基因調(diào)節(jié)是細(xì)菌中一種非常普遍的現(xiàn)象，比如，群體感應(yīng)可以誘導(dǎo)細(xì)胞進(jìn)入穩(wěn)定期，介導(dǎo)細(xì)菌群體移動(dòng)等等，具有調(diào)控多種生理行為的能力。群體感應(yīng)與細(xì)胞密度緊密聯(lián)系，細(xì)胞密度的變化和營(yíng)

2、養(yǎng)物質(zhì)有直接關(guān)系，所以群體感應(yīng)與營(yíng)養(yǎng)饑餓必然相關(guān)，而且群體感應(yīng)信號(hào)分子也是微生物生長(zhǎng)所必需的。 類(lèi)球紅細(xì)菌是光合細(xì)菌的主要成員之一，是光合產(chǎn)氫微生物菌種，能在光照厭氧異養(yǎng)條件下產(chǎn)氫。它是革蘭氏陰性菌，目前發(fā)現(xiàn)其可以產(chǎn)生酰基高絲氨酸內(nèi)酯7，8-cis-N-(tetradecenoyl)homoserine lactone，被命名為cer群體感應(yīng)系統(tǒng)。研究類(lèi)球紅細(xì)菌的群體感應(yīng)系統(tǒng)對(duì)細(xì)菌生長(zhǎng)，饑餓復(fù)蘇的影響，進(jìn)而研究群體感應(yīng)系統(tǒng)對(duì)細(xì)菌

3、在能源利用上的調(diào)節(jié)，對(duì)細(xì)菌產(chǎn)氫這個(gè)生理行為的研究有指導(dǎo)意義。 基于群體感應(yīng)的近自然培養(yǎng)法可以簡(jiǎn)單的模擬細(xì)菌間的信息傳遞機(jī)制，從而使細(xì)菌的生理行為與傳統(tǒng)的培養(yǎng)方法存在差異。在實(shí)驗(yàn)中采取有孔培養(yǎng)平板，通過(guò)濾膜介導(dǎo)細(xì)菌間的信號(hào)傳遞，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)近自然培養(yǎng)的細(xì)菌在菌落表型上與傳統(tǒng)培養(yǎng)方法存在差異，加入類(lèi)球紅細(xì)菌信號(hào)分子的同系物，發(fā)現(xiàn)細(xì)菌在平極上有移動(dòng)和聚集的生理行為。在模擬自然的液體培養(yǎng)下，研究信號(hào)分子對(duì)細(xì)菌生長(zhǎng)的影響，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)同屬

4、細(xì)菌的上清液作為培養(yǎng)液進(jìn)行添加時(shí)，細(xì)菌的生長(zhǎng)受到抑制。而直接加入信號(hào)分子同系物，細(xì)菌的生長(zhǎng)同樣受到抑制，而且信號(hào)分子濃度越大，細(xì)菌生長(zhǎng)受到抑制的程度越高。 為研究信號(hào)分子對(duì)細(xì)菌饑餓存活以及復(fù)蘇的影響，在實(shí)驗(yàn)中，分別在不同的培養(yǎng)條件下加入信號(hào)分子，通過(guò)測(cè)定總菌數(shù)和活菌數(shù)變化研究它對(duì)細(xì)菌數(shù)量上存在的影響，從而反映信號(hào)分子對(duì)饑餓狀態(tài)下細(xì)菌的存活能力以及細(xì)菌復(fù)蘇的影響情況。 研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)：群體感應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)對(duì)不同生長(zhǎng)階段轉(zhuǎn)入饑餓培

5、養(yǎng)的細(xì)菌存在調(diào)控，對(duì)生長(zhǎng)到對(duì)數(shù)期轉(zhuǎn)入饑餓培養(yǎng)的細(xì)菌調(diào)控能力較強(qiáng)，可以在饑餓環(huán)境下保持較高活菌數(shù)。而在半饑餓培養(yǎng)的情況下，信號(hào)分子使細(xì)菌能更好的利用EDTA來(lái)維持活菌數(shù)量：在細(xì)菌通過(guò)高密度生長(zhǎng)壓力進(jìn)入非可培養(yǎng)階段后，信號(hào)分子的加入可以快速啟動(dòng)復(fù)蘇。而在不同條件饑餓兩周后，信號(hào)分子的存在也使細(xì)菌在復(fù)蘇過(guò)程中活菌數(shù)量保持較高，同時(shí)發(fā)現(xiàn)避免氧的毒害可以更好的保持細(xì)胞活性。為研究信號(hào)分子對(duì)細(xì)菌在碳源利用上的調(diào)節(jié)功能，實(shí)驗(yàn)中采用外源的信號(hào)分子作為誘

6、導(dǎo)物，并用Biolog-GN板研究細(xì)菌在正常培養(yǎng)以及饑餓24h后的培養(yǎng)狀態(tài)下，信號(hào)分子的存在對(duì)細(xì)菌利用95種單一碳源帶來(lái)的影響。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)：類(lèi)球紅細(xì)菌可以利用實(shí)驗(yàn)中的信號(hào)分子同系物，在6 h內(nèi)啟動(dòng)對(duì)碳源的代謝調(diào)控。使饑餓后的細(xì)菌快速利用更多種類(lèi)的碳源，來(lái)恢復(fù)細(xì)胞活力，使正常培養(yǎng)的細(xì)菌對(duì)碳源的利用程度更高；信號(hào)分子對(duì)碳源的調(diào)控，涉及到對(duì)通用能源ATP，NAD(p)H以及多種酶系參與的代謝途徑的調(diào)控。 在研究細(xì)菌產(chǎn)氫部分，摸索了不

7、同的外部條件對(duì)產(chǎn)氫的影響，如細(xì)菌活性，溫度，光照強(qiáng)度，pH值。產(chǎn)氫是細(xì)菌在面對(duì)適宜的環(huán)境下作出的生理行為，而群體感應(yīng)系統(tǒng)是很多胞內(nèi)行為的總體調(diào)節(jié)系統(tǒng)，為說(shuō)明群體感應(yīng)與產(chǎn)氫間存在的關(guān)系，選擇在產(chǎn)氫反應(yīng)器中加入不同濃度的信號(hào)分子，通過(guò)測(cè)定產(chǎn)氫量以及在培養(yǎng)過(guò)程中活菌數(shù)的變化來(lái)證實(shí)信號(hào)分子對(duì)產(chǎn)氫的影響。 研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)：處于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的細(xì)菌，接入培養(yǎng)基后產(chǎn)氫量較大；產(chǎn)氫優(yōu)化的pH值在7.0～8.0范圍內(nèi)，堿性環(huán)境明顯不利于該菌的催化放氫；