不同营养条件下基因调控序列lux box的作用变化(2)
1.1 细菌的群体感应
20世纪60年代以来，随着Nealson K H等在海洋细菌费氏弧菌(Photobacterittm fischeri，曾用名Vibro fiseheri)和夏威夷弧菌(Vibro haveryi)中发现了由群体感应控制的生物发光现象及其深入研究，人们逐渐的认识到细菌之间具备信息交流能力。细菌间的交流并不像人类间的交流通过“声波”，而是依靠某一种或多种信号分子相互交谈，细菌之间可以根据这些信号分子的浓度的高低来感受周围环境中自身或其他细菌的数量变化，并通过信号分子发出信号, 启动菌体中相关基因的表达, 改变和协调它们之间的行为, 共同展示出它们的某些生理特性, 从而表现出单个细菌无法从事的某些生理功能和调节机制。这一调控系统被称为细菌的群体感应调节（quorum sensing，QS）。
不同的细菌在繁殖过程中分泌不同的信号分子来调控基因的表达，这种信号分子一般可以自由的从胞内扩散到胞外。当这种信号分子达到一定的阈值时，细菌可以感知到菌群的细胞密度，启动某些基因的表达。据已有的研究表明，革兰氏阴性菌通过产生高丝氨酸内酯类 (acyl—homoserine lactonase，AHLs)作为细胞间的信号分子，该信号分子以细胞密度依赖的方式调控生理特性的表达；革兰氏阳性菌利用一些小肽作为QS的信号分子来感知种内自身种群数量，协调多种基因的表达；还有一类信号分子是一种呋喃酰硼酸二酯，即自体诱导子，它在革兰氏阴性菌和阳性菌中均存在，被用来感知种间细菌数量来调控细菌自身行为。
对于革兰氏阴性菌的AHLs类信号分子的特点为：均含有一个高丝氨酸内酯环和4～14个碳不等的酰基侧链，该特征性内酯环结构在质谱鉴定过程中不会破坏。在本实验中，实验菌种E.coli Top10F'菌株产生的信号分子为相对分子量为213，分子式为C10H15NO4，化学式为3-oxo-C6-HSL（若无特殊说明，以下提及的信号分子均为该分子），分子结构如图：
1.2 N-酰基高丝氨酸内酯
群体感应信号分子N-酰基高丝氨酸内酯（N-acyl-homoserine lactones，AHL）最初发现于革兰阴性的海洋细菌费氏弧菌（Vibriofischeri）的生物发光现象：费氏弧菌可与某些海生动物共生，宿主利用其发光捕获食物、躲避敌人及寻觅配偶，而费氏弧菌也获得一个营养丰富的生存环境。很多细菌行为都属于群体感应，如根癌土壤杆菌（Agrobacteriumtumefaciens）Ti质粒的转化，胡萝卜软腐欧文菌（Erwinia carotovora）、铜绿假单胞菌（Pseudomonasaeruginosa）等毒性基因的表达，致黄假单胞菌（P.aureofaciens）、胡萝卜软腐欧文菌抗生素的产生调控，液化沙雷菌（Serratia liquefaciens）的游动，以及粘质沙雷菌（S marcescens）的色素产生等。
N-酰基-高丝氨酸内酯类（AHLs）化合物是革兰氏阴性菌群体感应系统中最重要的一类信号分子，并调控许多生理特性的表达。但由于AHLs分子为小分子物质，且AHLs产生菌所产生的AHLs的浓度极低，因此建立有效的检测AHLs方法具有非常重要的意义。
1.3 基因调控序列对lux box的影响
目前研究的最为详细的群体感应系统是海洋费氏弧菌的生物发光。该细菌能与一些海洋鱼类共生，为它们提供光亮、光线的强度与动物发光组织中该种微生物的群体密度密切相关，这一现象也是通过群体感应系统进行调节的，该系统能使费氏弧菌在特定条件下选择性地发出亮光。费氏弧菌中的荧光素酶由Lux CDABE基因编码，LuxI及LuxR蛋白构成群体感应的调控蛋白，其中LuxI为自体诱导物合成酶，能合成一种酰基高丝氨酸内酯类化合物。LuxR与自体诱导物结合后被激活，对Lux CDABE基因表达起正调节作用。在低细胞密度时，细胞通过LuxI基因产生低浓度的自体诱导物，因为Lux CDABE基因在LuxI基因下游，此时只能在本底水平上进行转录。自体诱导物能自由通过细胞膜，从而使胞内外自体诱导物的浓度相同。随着细胞生长,细菌密度增加，自体诱导物积累到极限浓度(1～10μg/ mL) 时，就能和细胞质中的LuxR蛋白充分结合，结合自体诱导物后，LuxR蛋白的DNA结合区域暴露，此时LuxR蛋白能与Lux CDABE基因的启动子结合，从而激活该基因的转录。自体诱导物与LuxR蛋白结合会导致自体诱导物合成酶及荧光的释放强度呈指数增加。
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