文獻分享：Quorum Sensing Communication

文章標題：Quorum Sensing Communication: Molecularly Connecting Cells, Their Neighbors, and Even DevicesINTRODUCTION

這篇文章主要告訴我們(men) 關(guan) 於(yu) 群體(ti) 感應（QS），它是一種分子信號傳(chuan) 遞方式，介導基於(yu) 分子的細胞-細胞通信。它解釋了QS網絡如何為(wei) 細菌提供了一種從(cong) 環境中收集信息並根據情報做出決(jue) 定的方法。

文章還討論了這一過程如何能夠被重新連接起來，以實現自主行動，但由分子編程的基因控製。此外，文章還回顧了兩(liang) 個(ge) 特征明確的QS係統及其信號、受體(ti) 、信號轉導機製和目標輸出。總之，文章概述了QS的概念及其在合成生物學和微生物聯合體(ti) 中的潛在應用。

PART ONE

圖1.群體(ti) 感應係統調控機製示意圖

圖a是典型的群體(ti) 感應係統。LuxI產(chan) 生群體(ti) 感應因子AHL1，然後AHL1就會(hui) 積累，當AHL1的濃度達到一定程度後，與(yu) LuxR結合，形成複合物，此複合物啟動熒光素酶操縱子的表達，而且LuxI也在操縱子中，所以就會(hui) 形成一個(ge) 正反饋係統，使得大量AHL生成，將附近的所有細菌產(chan) 生群體(ti) 感應。

圖b是另一種調控機製。AI-2通過轉運體(ti) LsrACDB進入細胞，然後被LsrK磷酸化後，解除LsrR對Lsr轉運體(ti) 基因的抑製，從(cong) 而使得細胞產(chan) 生更多AI轉運體(ti) ，從(cong) 而起到一個(ge) 群體(ti) 感應的效果。

PART TWO

圖2.QS生物傳(chuan) 感器示意圖

這是利用群體(ti) 感應係統來作為(wei) 一種探測環境中的汙染物的生物傳(chuan) 感器。AI啟動QS係統，然後例如重金屬離子等汙染物作為(wei) 信號分子放大QS環路，從(cong) 而激活下遊基因表達，發出光或熒光等信號。

此外，QS還能用來在群體(ti) 中使得特定部分表現出所需要的特性或行為(wei) 。例如操縱AI的濃度，通過QS機製使群體(ti) 中的部分細胞產(chan) 生相同的行為(wei) 。

圖3.QS機製治療機製示例圖

利用QS的治療方法，可以研發一種新型的益生菌，其對病原體(ti) 產(chan) 生的AHL特別敏感（LasR），從(cong) 而利用AHL激活一係列基因表達，產(chan) 生細菌毒素pyoS5，細胞裂解蛋白lysin E7來殺死銅綠假單胞菌。以及抗生物膜酶DspB，可以與(yu) 生物膜靶向的納米體(ti) 結合，從(cong) 而促進生物膜的穿透。

圖4.沙門氏菌治療示例圖

利用沙門菌靶向癌細胞的特性，可以利用工程沙門菌進行治療。但又要防止沙門菌對人體(ti) 的危害，所以采用了一種自殺開關(guan) 設計。當沙門菌的濃度達到一定閾值時，就裂解並釋放出代謝物。同時通過AI-2募集益生菌，從(cong) 而對腫瘤細胞進行殺傷(shang) 。

圖5.QS促進生物合成的例子

G-6-P的代謝可分為(wei) 三個(ge) 途徑，1.肌醇MI的產(chan) 生，2.糖酵解3.磷酸戊糖途徑。隨著種群中AHL的濃度提高，P_esaS啟動子會(hui) 被AHL結合的EsaR抑製，然後關(guan) 閉Pfk-1酶的表達，這使得糖酵解被抑製，從(cong) 而產(chan) 生更多的肌醇和葡萄糖酸。

PART THREE

圖6.群體(ti) 感應的合成聯合體(ti) 的應用

課題中利用QS係統構建一個(ge) “與(yu) ”門。圖中，綠色的群體(ti) 1在啟動子P_QS1的控製下表達QS1R和AHL2，而激活QS1R從(cong) 而啟動P_QS1表達的AHL又由黃色的種群2所表達，所以一個(ge) 群體(ti) 就為(wei) 另一個(ge) 群體(ti) 的基因表達發出所需要的AHL1和2信號，這就形成了一個(ge) 與(yu) 的邏輯開關(guan) 。左上角是利用兩(liang) 種群體(ti) 分別產(chan) 生一種原料從(cong) 而獲得產(chan) 物，右上角是通過控製一個(ge) 種群的增長從(cong) 而調控兩(liang) 個(ge) 種群的增長率。

然而，要使這些係統有效地工作，必須克服一些挑戰。一個(ge) 是信號串擾（左下），例如QS2R可能會(hui) 與(yu) AHL1也具有一定親(qin) 和力，從(cong) 而導致信號的串聯幹擾現象。所以，設立一組正交性的QS係統是很有必要的。例如RPA和TRA之間完全正交，互不幹擾。

另一個(ge) 挑戰是可能存在一部分細菌依靠公共產(chan) 品或集體(ti) 行動來生存而其本身並不貢獻。這可能由QS菌之間相互傳(chuan) 遞毒素而殺死QS突變體(ti) 來實現避免。（右下）。

PART FOUR

圖7.說明群體(ti) 感應係統可應用於(yu) 各種領域

文章中發現，QS介導的通信可以針對真核細胞，甚至是病毒。大腸杆菌LuxR的同源物被證明對哺乳動物宿主產(chan) 生的小分子有反應。植物的相關(guan) 細菌中也發現了許多LuxR的同源物。人結腸細胞係HCT-8表達IL-8，相應非致病性大腸杆菌的AI-2。噬菌體(ti) VP882可以對霍亂(luan) 弧菌產(chan) 生的QS AI做出反應，激活噬菌體(ti) 的裂解程序。