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備,，通過細菌的QS（Quorum Sensing）信號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志性的兩個QS系統(tǒng)組分是LasI/LasR,、RhlI/RhlR系統(tǒng),，這兩個系統(tǒng)可以調(diào)節(jié)生物被膜的形成，毒力,，細菌的運動性以及抗生素外排泵的表達,，lasI產(chǎn)生自誘導分子3OC12HSL，這種信號分子可以被LasR感應到,，同樣地,，RhlI可以產(chǎn)生信號分子C4HSL,，被RhlR感應到；LasI/LasR,、RhlI/RhlR系統(tǒng)可以被用來設計成生物雙向交流的一種系統(tǒng),，大腸桿菌中，LasI和LasR系統(tǒng)可以被用來構建一個先導感應的系統(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)在信號交流溝通上非常有潛力，QS信號開關可以被用來開發(fā)成為綜合性的基因信號網(wǎng)絡,，用于一系列的應用程序中,。
生物被膜是一種在粘合接觸面形成的細胞群體，主要由多糖,，蛋白質(zhì),，DNA和液體等組成的混合物，生物被膜和細菌引起的慢性感染和急性感染都有很大關系,，也和生物腐蝕和生物淤積有一定關系,，當然了，生物被膜也能夠讓我們開發(fā)出某種有益的應用程序,，比如微生物修復等,，也可以利用生物被膜的化學信號交流應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，利用細胞群體協(xié)作也是在合成生物學領域內(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,，基于對在生物被膜形成過程中的信號分子網(wǎng)絡的了解,，作者對胞內(nèi)胞外信號分子進行操作，設計出一種工程生物膜,，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菌的生長以及降低腐蝕，這種利用信號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化學工程學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信號分子和工程生物被膜分散蛋白結(jié)合,，在這個微流體通道信號回路中，作者利用用紅色標記的生物膜細胞,，引入用綠色標記的細胞,，用來形成基于這兩種細胞的信號的生物被膜通信路徑，進而形成強大的生物膜系統(tǒng)以及行對應分散的細胞,，作者然后排出原始的生物膜細胞以及分散細胞上的QS信號分子,，最后再移去分散的細胞，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)生的生物膜細胞可以取代老的細胞，作者這種模型（Synthetic quorum-sensing circuit）提供了一種新的有前景的策略,，比如在生物精煉領域需要的工程細胞的應用,。（生物谷Bioon.com ）
（T.Shen編譯 有問題請及時指正）
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.
