pPopctrl质粒中Tn5转座子的插入对AHL信号分子生成的影响(3)
实际上，研究发现，不仅仅是单细胞细菌之间，不同的微生物菌群之间也存在着群体感应现象。研究表明，群体感应参与细菌种群竞争，孢子生成，抗生素生产，致病因子诱导，细胞分化，致病菌感染过程的营养分配以及其他许多生理反应的调控[9]。群体感应除了参与调节微生物种群的竞争和分化外，还参与共生和竞生生物体之间的信息交流[6]。 例如，P．aeruginosa产生的AHL信号分子可进入哺乳动物细胞，激活构建的人工转录因子，使某些真核基因得到表达。
菌群之间通过群体感应系统实现二者之间的营养竞争关系，在同一竞争生长条件下，某一菌群可以成为“优势菌群”，抑制另一“劣势菌群”的生长；而劣势菌群的锐减又会影响优势菌群的生长。
1.4 细菌自杀基因回路
基因回路是合成生物学（synthetic biology）的基本组成元件，是模块化的生物材料。自杀基因回路设计的初衷就是将程序性死亡模块导入宿主细胞，在人为添加诱导剂的情况下，启动自杀程序，杀死细胞。
群体感应是非常复杂的。研究时急需一个基因结构简单、模式简单、噪声干扰少的模式生物以作为研究细菌自杀性为的基础。这时，合成生物学为这一模式生物的构建提供了便捷。前期立足于细菌的群体感应原则，构建了一个含有自杀基因回路的质粒。
图1-1 基于群体感应的细胞自杀基因回路
注：在IPTG的诱导下，lac启动子启动luxR和luxI基因的表达。其中，luxR表达产生R蛋白，luxI表达产生一种酶。luxI表达产生的酶催化产生AHL，AHL是自诱导剂分子，它可以在细胞内外自由扩散。随细胞密度增加，AHL浓度也将随之上升，达到一定阈值时与luxR基因编码的R蛋白结合，生成活化了的R蛋白——R*。R*可以使PluxI启动子启动，使ccdB毒蛋白得以表达，在缺乏抗毒素的情况下，CcdB使细胞内促旋酶中毒,从而干扰DNA的合成,杀伤宿主细胞[10,11]。
1.5 细菌的突变
生物在生长繁殖过程中不可避免的会产生变异现象。立足于细菌的群体感应原则，构建含有自杀基因回路的质粒。有自杀基因回路的质粒控制的细菌在其自杀过程中，少数细菌会因为发生基因突变。前期已有研究表明：这些突变种群可以逃脱死亡机制的控制，最终成为优势种群即抗自杀的突变种群。如此推理下去，自然界中存在的逃脱死亡控制的突变株理应淘汰掉野生型菌株，野生型因为自杀应该在自然界中消失。也就是说最后自然界将只存在突变株，自杀行为将不会出现。但由目前国内外研究所得的事实是，抗自杀的突变株并没有在自然界占据统治地位，自杀行为一直在自然界长期存在。突变株在生长到一定时期时会受到可能来自于环境的“惩罚”。这种“惩罚”对野生型菌株则不起作用。也正是这种“惩罚”的存在使得细菌菌群中的突变株比例下降，最终不会被突变株所统治，文持了细菌的自杀行为。突变种群究竟为何可以抗自杀？
已有前人实验表明：质粒转化大肠杆菌top10F’菌株后，将其在含有0.1mM~1mM的IPTG的TBK培养基中30℃振荡培养，12h以内就有突变菌株产生。这些突变菌株不能被IPTG诱导产生自杀行为。提取突变菌株质粒并测序，结果表明：主要是在luxR和luxI基因之间有源自Tn5系列的转座子插入。但有待继续研究的是： pPopctrl质粒中Tn5转座子的插入对AHL信号分子生成是否有影响？