產氫類球紅細菌的群體感應系統(tǒng)功能研究.pdf

1、細菌通過產生信號分子來感知環(huán)境中自身與其他細菌的數量。當信號分子濃度隨細菌密度的增加達到一定閥值時，整個細菌群落就會在群體水平上作出基因表達的調整，從而使細菌作出適應環(huán)境的變化，這一系統(tǒng)被稱為群體感應(Quorum-sensing，QS)系統(tǒng)。 群體感應系統(tǒng)進行基因調節(jié)是細菌中一種非常普遍的現(xiàn)象，比如，群體感應可以誘導細胞進入穩(wěn)定期，介導細菌群體移動等等，具有調控多種生理行為的能力。群體感應與細胞密度緊密聯(lián)系，細胞密度的變化和營

2、養(yǎng)物質有直接關系，所以群體感應與營養(yǎng)饑餓必然相關，而且群體感應信號分子也是微生物生長所必需的。 類球紅細菌是光合細菌的主要成員之一，是光合產氫微生物菌種，能在光照厭氧異養(yǎng)條件下產氫。它是革蘭氏陰性菌，目前發(fā)現(xiàn)其可以產生?；呓z氨酸內酯7，8-cis-N-(tetradecenoyl)homoserine lactone，被命名為cer群體感應系統(tǒng)。研究類球紅細菌的群體感應系統(tǒng)對細菌生長，饑餓復蘇的影響，進而研究群體感應系統(tǒng)對細菌

3、在能源利用上的調節(jié)，對細菌產氫這個生理行為的研究有指導意義。 基于群體感應的近自然培養(yǎng)法可以簡單的模擬細菌間的信息傳遞機制，從而使細菌的生理行為與傳統(tǒng)的培養(yǎng)方法存在差異。在實驗中采取有孔培養(yǎng)平板，通過濾膜介導細菌間的信號傳遞，研究結果發(fā)現(xiàn)近自然培養(yǎng)的細菌在菌落表型上與傳統(tǒng)培養(yǎng)方法存在差異，加入類球紅細菌信號分子的同系物，發(fā)現(xiàn)細菌在平極上有移動和聚集的生理行為。在模擬自然的液體培養(yǎng)下，研究信號分子對細菌生長的影響，研究結果發(fā)現(xiàn)同屬

4、細菌的上清液作為培養(yǎng)液進行添加時，細菌的生長受到抑制。而直接加入信號分子同系物，細菌的生長同樣受到抑制，而且信號分子濃度越大，細菌生長受到抑制的程度越高。 為研究信號分子對細菌饑餓存活以及復蘇的影響，在實驗中，分別在不同的培養(yǎng)條件下加入信號分子，通過測定總菌數和活菌數變化研究它對細菌數量上存在的影響，從而反映信號分子對饑餓狀態(tài)下細菌的存活能力以及細菌復蘇的影響情況。 研究結果發(fā)現(xiàn)：群體感應調節(jié)系統(tǒng)對不同生長階段轉入饑餓培

5、養(yǎng)的細菌存在調控，對生長到對數期轉入饑餓培養(yǎng)的細菌調控能力較強，可以在饑餓環(huán)境下保持較高活菌數。而在半饑餓培養(yǎng)的情況下，信號分子使細菌能更好的利用EDTA來維持活菌數量：在細菌通過高密度生長壓力進入非可培養(yǎng)階段后，信號分子的加入可以快速啟動復蘇。而在不同條件饑餓兩周后，信號分子的存在也使細菌在復蘇過程中活菌數量保持較高，同時發(fā)現(xiàn)避免氧的毒害可以更好的保持細胞活性。為研究信號分子對細菌在碳源利用上的調節(jié)功能，實驗中采用外源的信號分子作為誘

6、導物，并用Biolog-GN板研究細菌在正常培養(yǎng)以及饑餓24h后的培養(yǎng)狀態(tài)下，信號分子的存在對細菌利用95種單一碳源帶來的影響。研究結果發(fā)現(xiàn)：類球紅細菌可以利用實驗中的信號分子同系物，在6 h內啟動對碳源的代謝調控。使饑餓后的細菌快速利用更多種類的碳源，來恢復細胞活力，使正常培養(yǎng)的細菌對碳源的利用程度更高；信號分子對碳源的調控，涉及到對通用能源ATP，NAD(p)H以及多種酶系參與的代謝途徑的調控。 在研究細菌產氫部分，摸索了不

7、同的外部條件對產氫的影響，如細菌活性，溫度，光照強度，pH值。產氫是細菌在面對適宜的環(huán)境下作出的生理行為，而群體感應系統(tǒng)是很多胞內行為的總體調節(jié)系統(tǒng)，為說明群體感應與產氫間存在的關系，選擇在產氫反應器中加入不同濃度的信號分子，通過測定產氫量以及在培養(yǎng)過程中活菌數的變化來證實信號分子對產氫的影響。 研究結果發(fā)現(xiàn)：處于對數生長期的細菌，接入培養(yǎng)基后產氫量較大；產氫優(yōu)化的pH值在7.0～8.0范圍內，堿性環(huán)境明顯不利于該菌的催化放氫；