群体感应:微生物王国的通讯系统
在我们通常肉眼看不见的微生物王国中，微生物群体也拥有自己的通讯系统，其中研究得比较深入的是群体感应。
为了在复杂的环境中生存繁衍，微生物进化出高效调控种群本身生物学功能的群体感应系统，包括通讯“语言”(群体感应信号)和接收反应机制。微生物通过群体感应系统相互传递和接受信息，进行着种群个体之间或不同种群之间的信息交流，以协调种内或种间各种生命活动，如侵染寄主、应对外敌竞争、适应不良环境、规范社会秩序等一系列与人类社会相似的集体行为。
群体感应研究的起源于20世纪中叶，美国洛克菲勒研究所和哈佛大学的研究者先后发现，肺炎链球菌吸收外源DNA分子的能力和费氏弧菌生物荧光的产生具有细胞密度依赖现象。经过科学家们多年的研究，1994年，Fuqua等人在综述费氏弧菌、哈维氏弧菌、农杆菌和绿脓杆菌产生的酰基高丝氨酸内酯(AHL)家族信号及其生物功能时提出了“群体感应”的概念，以反映微生物群体密度变化对调控生物功能的重要性。
, http://www.100md.com
微生物使用群体感应通讯系统将单细胞个体变成具有多细胞群体社会性的种群，以完成单个个体无法做到的生物功能。微生物在长期的自然选择进化进程中，“理解”和“掌握”了集体行为的重要性，当种群数量很低的时候，选择“蛰伏”“隐忍”，隐藏“侵略性”，以“躲避”寄主免疫系统来壮大自己；当种群数量达到一定的阈值时，启动群体感应，群体而攻之，迅速“猎杀”对手、入侵寄主、抢占有利生态位等等。微生物通讯系统是其在物竞天择中学习获得的赖以生存的致胜法宝。
微生物通讯具有多样性和复杂性。在革兰氏阴性菌中，AHL介导的群体感应系统是第一大“语系”；扩散信号因子(DSF)系统是第二大“语系”；还有几种小众的“语系”如PQS系统、IQS系统、Phc系统、Put系统，Vfm系统等等。革兰氏阳性菌中有γ丁内酯、自诱导肽(AIP)系统。AI-2系统则被认为是同时存在于革兰氏阴性菌和阳性菌中的通讯系统。真菌群体感应系统研究相对较少，已知的有金合欢醇、苯乙醇、色氨醇等数种群体感应通讯“语系”。
, 百拇医药 微生物通讯系统的复杂性则体现在不同的微生物种群通常使用不同“语系”，或者同一“语系”的不同“方言”，以保障种内通讯顺畅，不致失密。微生物利用不同的通讯系统“分管”或“共管”一系列基因的表达，按需调控生物学功能；另外，微生物还能识别和响应种间信号，通过种间交流完成“相爱”或“相杀”过程；此外，微生物可以利用寄主产生的小分子化合物作为“外语”，建立微生物与寄主的跨界通讯交流，以调控侵染寄主或与寄主共生等相关功能。群体感应通讯系统的多样性和复杂性为微生物在复杂多变的环境中生存提供了选择和竞争优势。
微生物种群是一个复杂的社会群体，群体感应通讯系统是维持种群结构的调节系统之一。相比于营养繁殖，群体感应通常调控几百个基因的表达，本身是一个非常耗能的过程，为了平衡营养繁殖和细胞通讯的能耗，微生物在完成某种生物学功能后，会“明智”地选择退出群体感应通讯，以便进行下一项生命活动。
另外，种群中一些个体会通过“突变”群体感应基因来暂时关闭通讯系统以减少能量消耗，这些个体称之为“社会欺骗者”。“社会贡献者”即通讯系统完整的个体，通过群体感应调控产生多种分解酶(私人物品)，将复杂能量物质分解成简单能量物质(公共财产)，并分泌到种群环境中供集体享用。“社会欺骗者”顾名思义就是只享受“公共财产”，却不参与生产，就像“好吃懒做”的“骗子”。长此以往，“社会欺骗者”会越来越多，“社会贡献者”将不堪重负，有可能会导致种群的崩溃。为了防治种群崩溃，“社会贡献者”进化出“惩罚机制”，比如产生氰化氢来“毒死”不具备解毒酶的“社会欺骗者”，在“惩罚机制”调控下种群水平得以维持。这些发现表明，微生物王国是一个非常有趣和“高智商”的社会群体，通过挖掘它们的通讯系统，可以发现种种维持微生物社会机制运行的精致而周密的调控和应对体系。
研究微生物通讯系统不仅可以明晰各种微生物功能的调控机理，同时还是一项造福人类的重要工作。微生物通讯系统是病原菌致病力的指挥中枢、是病害防控的一个全新切入点。我们前期的工作证明干扰或阻断群体感应，即淬灭群体感应(简称群体淬灭)，能在不“杀死”病原菌的情况下，显著降低致病基因和抗药性基因的表达，可以有效控制病害的发生发展。群体淬灭的核心内容是阻断病原微生物的通讯系统，干扰微生物的“语言”交流，使微生物成为“聋哑”失控个体，从而实现微生物病害的绿色防控。因此，深入开展微生物之间的信息交流以及病原菌与寄主间的信息通讯系统研究，具有重大的科学意义和应用价值。, 百拇医药(廖立胜 张炼辉)
为了在复杂的环境中生存繁衍，微生物进化出高效调控种群本身生物学功能的群体感应系统，包括通讯“语言”(群体感应信号)和接收反应机制。微生物通过群体感应系统相互传递和接受信息，进行着种群个体之间或不同种群之间的信息交流，以协调种内或种间各种生命活动，如侵染寄主、应对外敌竞争、适应不良环境、规范社会秩序等一系列与人类社会相似的集体行为。
群体感应研究的起源于20世纪中叶，美国洛克菲勒研究所和哈佛大学的研究者先后发现，肺炎链球菌吸收外源DNA分子的能力和费氏弧菌生物荧光的产生具有细胞密度依赖现象。经过科学家们多年的研究，1994年，Fuqua等人在综述费氏弧菌、哈维氏弧菌、农杆菌和绿脓杆菌产生的酰基高丝氨酸内酯(AHL)家族信号及其生物功能时提出了“群体感应”的概念，以反映微生物群体密度变化对调控生物功能的重要性。
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微生物使用群体感应通讯系统将单细胞个体变成具有多细胞群体社会性的种群，以完成单个个体无法做到的生物功能。微生物在长期的自然选择进化进程中，“理解”和“掌握”了集体行为的重要性，当种群数量很低的时候，选择“蛰伏”“隐忍”，隐藏“侵略性”，以“躲避”寄主免疫系统来壮大自己；当种群数量达到一定的阈值时，启动群体感应，群体而攻之，迅速“猎杀”对手、入侵寄主、抢占有利生态位等等。微生物通讯系统是其在物竞天择中学习获得的赖以生存的致胜法宝。
微生物通讯具有多样性和复杂性。在革兰氏阴性菌中，AHL介导的群体感应系统是第一大“语系”；扩散信号因子(DSF)系统是第二大“语系”；还有几种小众的“语系”如PQS系统、IQS系统、Phc系统、Put系统，Vfm系统等等。革兰氏阳性菌中有γ丁内酯、自诱导肽(AIP)系统。AI-2系统则被认为是同时存在于革兰氏阴性菌和阳性菌中的通讯系统。真菌群体感应系统研究相对较少，已知的有金合欢醇、苯乙醇、色氨醇等数种群体感应通讯“语系”。
, 百拇医药 微生物通讯系统的复杂性则体现在不同的微生物种群通常使用不同“语系”，或者同一“语系”的不同“方言”，以保障种内通讯顺畅，不致失密。微生物利用不同的通讯系统“分管”或“共管”一系列基因的表达，按需调控生物学功能；另外，微生物还能识别和响应种间信号，通过种间交流完成“相爱”或“相杀”过程；此外，微生物可以利用寄主产生的小分子化合物作为“外语”，建立微生物与寄主的跨界通讯交流，以调控侵染寄主或与寄主共生等相关功能。群体感应通讯系统的多样性和复杂性为微生物在复杂多变的环境中生存提供了选择和竞争优势。
微生物种群是一个复杂的社会群体，群体感应通讯系统是维持种群结构的调节系统之一。相比于营养繁殖，群体感应通常调控几百个基因的表达，本身是一个非常耗能的过程，为了平衡营养繁殖和细胞通讯的能耗，微生物在完成某种生物学功能后，会“明智”地选择退出群体感应通讯，以便进行下一项生命活动。
另外，种群中一些个体会通过“突变”群体感应基因来暂时关闭通讯系统以减少能量消耗，这些个体称之为“社会欺骗者”。“社会贡献者”即通讯系统完整的个体，通过群体感应调控产生多种分解酶(私人物品)，将复杂能量物质分解成简单能量物质(公共财产)，并分泌到种群环境中供集体享用。“社会欺骗者”顾名思义就是只享受“公共财产”，却不参与生产，就像“好吃懒做”的“骗子”。长此以往，“社会欺骗者”会越来越多，“社会贡献者”将不堪重负，有可能会导致种群的崩溃。为了防治种群崩溃，“社会贡献者”进化出“惩罚机制”，比如产生氰化氢来“毒死”不具备解毒酶的“社会欺骗者”，在“惩罚机制”调控下种群水平得以维持。这些发现表明，微生物王国是一个非常有趣和“高智商”的社会群体，通过挖掘它们的通讯系统，可以发现种种维持微生物社会机制运行的精致而周密的调控和应对体系。
研究微生物通讯系统不仅可以明晰各种微生物功能的调控机理，同时还是一项造福人类的重要工作。微生物通讯系统是病原菌致病力的指挥中枢、是病害防控的一个全新切入点。我们前期的工作证明干扰或阻断群体感应，即淬灭群体感应(简称群体淬灭)，能在不“杀死”病原菌的情况下，显著降低致病基因和抗药性基因的表达，可以有效控制病害的发生发展。群体淬灭的核心内容是阻断病原微生物的通讯系统，干扰微生物的“语言”交流，使微生物成为“聋哑”失控个体，从而实现微生物病害的绿色防控。因此，深入开展微生物之间的信息交流以及病原菌与寄主间的信息通讯系统研究，具有重大的科学意义和应用价值。, 百拇医药(廖立胜 张炼辉)