微生物群体感应(QS)的研究对于了解微生物的生命活动规律、探究致病微生物的感染过程具有重要意义,为了给关注微生物群体感应的同仁提供进一步交流的平台,《生物加工过程》编辑部继续策划出版“微生物群体感应研究及应用”专刊,在本期专刊中,青年学者们从食品防腐保鲜、发酵工业应用、生物防治等研究领域进行梳理和总结。
很多食品腐败菌在水产品、肉制品和乳制品等食品中被检测到,徐振波等分别介绍了典型的食源性致病菌金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌的QS系统,并概述了QS系统在两种微生物群体增殖中的作用;李点等综述了肠杆菌科成员中5种信号分子介导的QS系统,并对其在毒力基因和食品腐败变质的调控机制中的研究进行了介绍;周幸等简要梳理了QS的基本概念与原理,列举了食品腐败中部分常见的群体感应现象和部分群体感应抑制剂(QSI)的研究。
腐败菌的一些致腐特性也受到QS系统的调控,因此,以QS系统为靶点来控制食品的腐败,提高食品质量和安全性是一条潜在可行的途径。丁婷等从米曲霉的次级代谢产物中分离得到了一种QSI——环二肽,发现其对腐败菌荧光假单胞菌的群体感应表型具有很好的抑制效果,并用分子对接的方法分析了其抑制机制;杨亚茹等基于QS系统对腐败菌杀鲑气单胞菌自身生长、产信号分子能力以及与水产品常见特定腐败菌共培养情况进行了研究,发现杀鲑气单胞菌CS12与荧光假单胞菌PF03共培养可产生较好的群体感应抑制效果;阎俊等介绍了水产品低温贮藏条件下的特异性腐败菌希瓦氏菌的QS现象及对其致腐性的影响;钱韻芳等重点阐述水产品中常见的腐败微生物之间的相互作用及QS现象的研究现状,旨在为水产品保鲜技术研究与开发提供参考;李晴等研究发现天然来源的花椒提取物对冷藏凡纳滨对虾腐败菌嗜水气单胞菌具有良好的QS抑制活性。
在传统发酵工业中,细胞生物膜的形成与QS系统密切相关,陈天鹏等重点阐述生物膜形成过程中基于信号分子介导的集群效应,他们认为若能从分子和代谢层面探索生物膜中信号介导的细胞集群效应及其对生物催化体系的影响,将为解决固定化发酵中出现的耐受性差和细胞易衰老等问题提供新的途径,对推动工业产品的高效清洁生产具有十分重要的意义;醋杆菌耐酸性能是制约高酸度食醋发酵的关键因素,为更好地探究醋杆菌耐酸调控机制,夏凯等选取巴氏醋杆菌为主要研究对象,发现QS系统在醋杆菌中的分布与生存环境和基因组稳定性密切相关;逄晓阳等总结了乳酸菌QS系统的组成、信号转导机制及其生物学功能,以期为乳品工业提高乳酸菌的发酵密度和扩大其益生菌功能提供新思路;张天震等从直接和协同其他信号分子两方面对细菌生物膜形成机制研究进展进行综述,为在工业应用中降低细菌耐药性、指导食品生产安全、提高功能性生物膜产量等方面提供理论依据。
近年来,海洋生物污损在全球范围内造成了巨大的经济损失,各类抗污损的方法也相继开发。李清钞等聚焦海洋污损的微生物学机制,对生物污损的发生条件、影响因素、形成机制、QS调节特征进行总结,并对防控方法进行归纳,以期从生态学层面深入认识海洋污损的动力学过程,并为开发新型环保型防污材料提供借鉴思路。
藻类对促进海洋物质循环、维持水生环境的生态平衡具有重要作用。基于微生物的多样性和重要性,藻类与细菌之间的相互关系成为了研究的热点。王昭艺等以藻际菌胶团为重点,综述其物质基础、结构特征以及生态功能,并从化学信号的角度探讨了QS对菌胶团的调节机制,以期为未来深入理解藻际菌胶团的生态学机制提供化学生态学思路。
群体感应现象最初是在细菌中被发现,后来在真核生物(真菌)中也发现了这种现象。高婧等对国内外近10年来真菌群体感应信号分子种类、生理作用及群体感应猝灭的研究进展进行综述,以期为深化真菌QS机制的研究提供参考;白色念珠菌是较早被报道具有QS系统的真菌之一,魏天予等主要针对白色念珠菌QS分子的挖掘及其生理效应进行系统综述,此外,还对其他真菌QS现象及群体感应分子进行概述,最后预测不同真菌群体感应研究发展方向和潜在应用。
感谢《生物加工过程》主编欧阳平凯院士的提议,我们邀请到众多高校和科研院所不同研究领域的专家,将各课题组近些年在群体感应研究领域的部分进展汇集成册,编辑成了这本专刊。希望通过这本专刊,让国内更多领域的同行们关注和了解微生物群体感应的研究进展,共同推动这项伟大事业取得更大进步。