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羣體效應

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羣體效應(Quorum sensing) 是近來日益受到廣泛關注的一種細菌羣體行為調控機制，很多細菌有這種能力， 即分泌一種或多種自誘導劑(Autoinducer) , 細菌通過感應這些自誘導劑來判斷菌羣密度和周圍環境變化， 當菌羣數達到一定的閾值(threshold value , 菌落或集落數)後， 啓動相應一系列基因的調節表達， 以調節菌體的羣體行為。不同類型的細菌具有不同的羣體效應調節系統， 很多細菌分泌同一種誘導劑， 以此調控不同種類細菌間的作用行為。羣體效應系統在自誘導劑與受體之間存在專一性， 同時又在調節基因和信號傳遞系統中體現出多樣性和複雜性。由於不少人或植物的病原菌的致病機制等受羣體效應的調控，該機制已成為醫學等領域的研究熱點。 細胞與細胞之間信息交流一般被認為只在多細胞生物中發生，而細菌往往被純粹地看作單細胞生物。在20世紀60年代一種海洋費氏弧菌(Vibrio fischeri)的發光現象引起了科學家的興趣，Nealson等在1970年首次報道了該菌的菌體密度與發光呈正相關，該發光現象受細菌本身的羣體感應調節系統(Quorum-Sensing System簡稱QS系統)所控制。發現許多細菌利用該系統調控體內特定基因的表達，如根瘤菌與植物共生、藍細菌中異形胞的分化、芽胞桿菌中感受態與芽胞的形成、根癌農桿菌中Ti質粒融合轉移 、病原細菌胞外酶與毒素產生、生物膜(biofilm)形成、菌體發光、色素產生、抗生素形成、細菌運動等多種功能都受到細菌羣體感應信號系統所調節。
中文名
羣體效應
外文名
Quorum sensing
性    質
細菌羣體行為調控機制
特    點
很多細菌有這種能力

目錄

  1. 1 概念
  2. 2 總結
  3. 3 引申概念

羣體效應概念

勒温借用物理學中磁場的概念，認為人的心理、行為決定於內部需要和環境的相互作用。因此，要測定人的心理與行為就必須瞭解完成這一行為的內在的心理力場和外在的心理力場的情境因素。當人的需求未能滿足時，就會產生內部力場的張力，環境起着導火線的作用。據此他提出了心理力場的理論公式：b=f(p.e)，其中b代表行為，p代表個人，e代表環境，f代表函數。 [1]  勒温的“場”理論最初只用於研究個體行為。1933年他遷居美國後，又應用於研究羣體行為，提出“羣體動力”的概念。 所謂“羣體動力”就是指羣體活動的方向，而研究羣體動力就是要研究影響羣體活動動向的各種因素，因為羣體活動的動向同樣決定於內部力場和情境力場的相互作用。 我所研究的羣體效應，更側重人與環境的相互影響，特別是個人與羣體的相互影響。
細菌QS系統 細菌根據特定信號分子的濃度可以監測周圍環境中自身或其它細菌的數量變化，當信號達到一定的濃度閾值時，能啓動菌體中相關基因的表達來適應環境中的變化，這一調控系統被稱為細菌的羣體感應調節系統(QS系統)。Agrobacterium tumefaciens、Erwinia carotovora、 Ralstonia solanacearum等植物病原細菌，至少要在兩種複雜的生境中交替生活：分散生活在營養缺乏、競爭激烈、不同類型的土壤環境和集中生活在營養豐富、競爭不激烈但防禦嚴密的植物體內環境。當這些病原細菌侵染寄主時，必需達到一定的基數才能侵染成功，否則許多在寄主體內增殖中起關鍵作用的基因就不能啓動表達；另外枯草芽胞桿菌(Bacillus subtilis) 也利用QS系統對細胞的發育進行調控，當營養豐富、菌體稀少時向感受態方向發展，營養貧乏菌體密度高時向芽胞方向發展。
近幾十年來的研究證實, 細菌羣感效應QS參與很多生物學功能的調控。諸如P1aeruginos等病原菌胞外酶的產生; 發光菌的生物發光性; Ti質粒的結合轉移; 細菌抗生素的合成; 毒性因子的表達; 病原菌的致病性; 生物表面活性物質的產生; 細菌的聚集性( swarming) 、遊動性和生物膜的形成等。其中QS調控病原菌毒性因子的表達和生物膜的形成是倍受關注的問題。
研究證實, 病原菌對宿主細胞的致病作用一般需要毒性因子的表達, 並且大多數病原菌的致病性是和生物膜的形成緊密聯繫在一起的。諸如: 由Escherichia coli引起的尿路感染, 由S taphy lococcus aureu引起的導管內感染, 由P1 aeruginosa引起的膽囊性纖維化患者的肺炎等 。當這些病原菌形成生物膜時, 它們對宿主細胞的致病性和對抗菌藥的免疫性能就會成倍的增加。因此在醫學界, 研究新型高效的抗菌藥物已成為熱點。細菌QS系統的研究表明, QS控制着病原菌的致病性和某些細菌生物膜的形成。David對P1 aeruginosa生物膜的形成進行研究發現, 由QS突變體(QS調控作用受到了抑制) 所形成的生物膜比較薄, 沒有正常成熟的生物膜結構, 並且對生物滅菌劑十二烷基磺酸鈉( SDS) 的抵抗作用顯著降低。但是在培養液中加入QS調控機制所需的信號分子後, 突變體就恢復原有形成生物膜的性能。其他學者對這方面的研究都得出了相似的結論 。同時, 抑制QS的某些物質或微生物同樣能夠有效的抑制細菌生物膜的形成。這方面的研究為醫學界的學者們提供了研製高效抗菌藥的新思路。即如果我們能夠研製出一種物質, 它能夠抑制病原菌的QS系統, 那麼它就能有效的控制病原菌的毒害作用。 [2] 

羣體效應總結

綜上所述, 對細菌羣感效應進行深入研究, 利用信號分子類似物和信號分子降解酶對QS的干擾和破壞作用, 將為利用現代分子技術防止致病菌的毒害作用開闢新的路徑。

羣體效應引申概念

羣體效應一個工作羣體，既可以產生1+1=3的工作成果，也可以產生1+1=1的工作成果。羣體的工作成果如何，與羣體成員的工作行為有直接的關係。與此同時，羣體對成員的行為也會產生制約、影響和改變的作用。羣體對成員的影響和改變作用概括起來有五種效應：社會助長效應、社會致弱效應、社會惰化效應、社會趨同效應、從眾效應。
參考資料