1月3日,，國際著名雜志《自然-通訊》Nature Communications在線刊登了美國研究人員的最新研究成果“Synthetic quorum-sensing circuit to control consortial biofilm formation and dispersal in a microfluidic device,。”,，文章中作者利用一種微流體設(shè)備，通過細(xì)菌的QS（Quorum Sensing）信號(hào)通路來控制生物被膜的生成和分散,。
銅綠假單胞菌中最有標(biāo)志性的兩個(gè)QS系統(tǒng)組分是LasI/LasR,、RhlI/RhlR系統(tǒng)，這兩個(gè)系統(tǒng)可以調(diào)節(jié)生物被膜的形成,，毒力,，細(xì)菌的運(yùn)動(dòng)性以及抗生素外排泵的表達(dá)，lasI產(chǎn)生自誘導(dǎo)分子3OC12HSL,，這種信號(hào)分子可以被LasR感應(yīng)到,，同樣地，RhlI可以產(chǎn)生信號(hào)分子C4HSL,，被RhlR感應(yīng)到；LasI/LasR,、RhlI/RhlR系統(tǒng)可以被用來設(shè)計(jì)成生物雙向交流的一種系統(tǒng),，大腸桿菌中，LasI和LasR系統(tǒng)可以被用來構(gòu)建一個(gè)先導(dǎo)感應(yīng)的系統(tǒng),，而RhlI和RhlR系統(tǒng)在生物被膜聚集中,，可以被用來作為自組織和聚合的重要角色，因此,，綜合型的QS系統(tǒng)在信號(hào)交流溝通上非常有潛力,，QS信號(hào)開關(guān)可以被用來開發(fā)成為綜合性的基因信號(hào)網(wǎng)絡(luò)，用于一系列的應(yīng)用程序中,。
生物被膜是一種在粘合接觸面形成的細(xì)胞群體,，主要由多糖，蛋白質(zhì),，DNA和液體等組成的混合物,，生物被膜和細(xì)菌引起的慢性感染和急性感染都有很大關(guān)系，也和生物腐蝕和生物淤積有一定關(guān)系，當(dāng)然了,，生物被膜也能夠讓我們開發(fā)出某種有益的應(yīng)用程序,，比如微生物修復(fù)等，也可以利用生物被膜的化學(xué)信號(hào)交流應(yīng)用于生物精煉過程中,，相比單一分子而言,，混合的生物膜群體更能夠抵抗環(huán)境的壓力，近年來,，利用細(xì)胞群體協(xié)作也是在合成生物學(xué)領(lǐng)域內(nèi)比較熱門的研究方向,，然而截至至今，人為來控制大量生物被膜群體的聚集還是不能夠?qū)崿F(xiàn)的,。
文章中,，基于對(duì)在生物被膜形成過程中的信號(hào)分子網(wǎng)絡(luò)的了解，作者對(duì)胞內(nèi)胞外信號(hào)分子進(jìn)行操作,，設(shè)計(jì)出一種工程生物膜,，這種新型工程被膜來源于枯草芽孢桿菌，可以分泌多種抗菌肽來抑制硫酸鹽細(xì)菌的生長以及降低腐蝕,，這種利用信號(hào)分子通路來控制生物被膜生成的系統(tǒng)也被用于大腸桿菌和熒光假單胞菌,，可以來控制大腸桿菌胞外產(chǎn)生吲哚的濃度，吲哚是大腸桿菌分泌的一種抑制生物被膜產(chǎn)生的抑制劑,。
美國Texas A & M University化學(xué)工程學(xué)院的研究者在文章中指出,，他們發(fā)明出了一種綜合型的μBE系統(tǒng)，這種系統(tǒng)可以讓QS信號(hào)分子和工程生物被膜分散蛋白結(jié)合,，在這個(gè)微流體通道信號(hào)回路中,，作者利用用紅色標(biāo)記的生物膜細(xì)胞，引入用綠色標(biāo)記的細(xì)胞,，用來形成基于這兩種細(xì)胞的信號(hào)的生物被膜通信路徑,，進(jìn)而形成強(qiáng)大的生物膜系統(tǒng)以及行對(duì)應(yīng)分散的細(xì)胞，作者然后排出原始的生物膜細(xì)胞以及分散細(xì)胞上的QS信號(hào)分子,，最后再移去分散的細(xì)胞,，作者建立這種模型是為了闡述生物被膜是可以人為控制生成的，而且,，新產(chǎn)生的生物膜細(xì)胞可以取代老的細(xì)胞,，作者這種模型（Synthetic quorum-sensing circuit）提供了一種新的有前景的策略，比如在生物精煉領(lǐng)域需要的工程細(xì)胞的應(yīng)用,。（生物谷Bioon.com ）
（T.Shen編譯 有問題請(qǐng)及時(shí)指正）
doi:10.1038/ncomms1616
PMC:
PMID:
Synthetic quorum-sensing circuit to control consortial biofilm formation and dispersal in a microfluidic device
Seok Hoon Hong,1 Manjunath Hegde,1 Jeongyun Kim,1 Xiaoxue Wang,1 Arul Jayaraman1 & Thomas K. Wood1
To utilize biofilms for chemical transformations in biorefineries they need to be controlled and replaced. Previously, we engineered the global regulator Hha and cyclic diguanylate-binding BdcA to create proteins that enable biofilm dispersal. Here we report a biofilm circuit that utilizes these two dispersal proteins along with a population-driven quorum-sensing switch. With this synthetic circuit, in a novel microfluidic device, we form an initial colonizer biofilm, introduce a second cell type (dispersers) into this existing biofilm, form a robust dual-species biofilm and displace the initial colonizer cells in the biofilm with an extracellular signal from the disperser cells. We also remove the disperser biofilm with a chemically induced switch, and the consortial population could tune. Therefore, for the first time, cells have been engineered that are able to displace an existing biofilm and then be removed on command allowing one to control consortial biofilm formation for various applications.
