病原菌群体感应监管(policing quorum sensing)的生理生态机理及分子调控机制

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31570490
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    63.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0301.生态学理论与方法
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Quorum sensing, the cell-to-cell communication by exchanging auto-inducers and secreting public goods, is the key for pathogenesis to most of pathogenic bacteria. Public goods can be used by any community member and their secretion encourages the emergence of social cheaters who cannot produce public goods. With the increasing of cheaters, there would be no sufficient public goods for cooperation and the quorum sensing would be interrupted, which will be the most important breakthrough in controlling infection of pathogenic bacteria. However, it is shown in our recent study that there is a policing system in Pseudomonas aeruginosa, where cooperators produce costly toxins to sanction or punish cheaters and maintain quorum sensing. The existence of policing quorum sensing is the core bottleneck for the development of new strategies on control of pathogenic bacterial infection. Therefore, in this project, with aim to clarify the regulation and mechanism of policing quorum sensing, we will employ Pseudomonas aeruginosa as model bacterium to investigate the effects from environmental factors, auto-inducers and public goods on the relationship between toxins and cheaters; analyze the roles of different toxins on cheaters inhibition and various antioxidants on cooperators protection; construct the molecular regulation network which mainly focus on toxins and antioxidants secretion genes. The results of this project will not only enrich the theories of quorum sensing and evolution of biological cooperation, but also supply the theoretical basis for designing and developing new strategies on the control of pathogenic bacteria. It is of scientific significance and importance for future application.
细胞间交流信号分子、分泌公共物质形成的群体感应是病原菌致病的关键。不分泌公共物质的欺骗子大量增长会导致公共物质短缺、破坏群体感应,是病原菌控制新策略研究的重要突破口。然而前期研究发现,合作者可进行群体感应监管,即在分泌公共物质的同时,通过调控毒素分泌,抑制欺骗子增长,维持群感稳定。群感监管机制已然成了以欺骗子为切入点进行病原菌控制新策略研发的核心瓶颈。本申请项目拟以铜绿假单胞菌为模式菌,通过环境条件、信号分子、公共物质对毒素-欺骗子关系影响分析,阐明群感监管的作用规律;通过抑制欺骗子增长的毒素物质确定以及合作者用于解毒的抗氧化系统解析,探明群感监管的生理生态机理;通过以毒素及解毒的抗氧化物相关基因为核心的基因调控模型建立,探究群感监管的分子调控机制。本研究成果不但可以丰富群体感应、生物合作进化等相关理论,也可为病原菌感染控制新策略研发奠定理论基础,具有重要的科学意义和潜在的应用前景。

结项摘要

细胞间交流信号分子、分泌公共物质形成的群体感应是病原菌致病的关键。不分泌公共物质的欺骗子大量增长会导致公共物质短缺、破坏群体感应,是病原菌控制新策略研究的重要突破口。然而前期研究发现,合作者可进行群体感应监管,即在分泌公共物质的同时,通过调控毒素分泌,抑制欺骗子增长,维持群感稳定。群感监管机制已然成了以欺骗子为切入点进行病原菌控制新策略研发的核心瓶颈。本项目以铜绿假单胞菌为模式菌,通过环境条件、信号分子、公共物质对毒素-欺骗子关系影响分析,发现铵可以影响群体感应监管,但是吸附类污染物如石墨烯、内分泌干扰物如壬基酚等新兴污染物则对群体感应监管基本不产生影响,即群体感应监管是一种相对保守的微生物种群稳定策略;通过长期进化实验、短期竞争试验、物质回补验证,确定毒素物质氰化氢是群体感应监管的主要物质,虽然毒素物质绿脓素在监管中亦有显著增长,但其具体的机制仍有待进一步探究;在群体感应监管过程中,合作者对应的抗氧化酶SOD、CAT、GSH未发生改变,但其通过诱导氰化氢末端不敏感酶Cio用于合作者的自我保护,且这种保护通过甘氨酸代谢权衡、gcvP1及gcvP2表达进行调控,cioAB的表达亦同时受合作者分泌的毒素物质以及欺骗子产生的ROS所诱导,是一种缜密的双重调控机制。该研究不仅阐明了群体感应监管的作用规律,亦探明了群体感应监管的生理生态机理以及分子调控机制,研究成果不但丰富了群体感应、生物合作进化等相关理论,更为病原菌感染控制新策略研发奠定了理论基础,具有重要的科学意义和潜在的应用前景。

项目成果

期刊论文数量(13)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(4)
Changes to tetracyclines and tetracycline resistance genes in arable soils after single and multiple applications of manure containing tetracyclines
单次和多次施用含四环素类有机肥后耕地土壤四环素类药物及四环素抗性基因的变化
  • DOI:
    10.1007/s11356-017-0853-x
  • 发表时间:
    2018-02
  • 期刊:
    Environmental Science and Pollution Research
  • 影响因子:
    5.8
  • 作者:
    Yan Huicong;Zhang Kun;Shentu Jiali;Shen Dongsheng;Li Na;Wang Meizhen
  • 通讯作者:
    Wang Meizhen
Interference of non-lethal levels of graphene oxide in biofilm formation and adaptive response of quorum sensing in bacteria
非致死水平的氧化石墨烯对细菌生物膜形成的干扰和群体感应的适应性反应
  • DOI:
    10.1039/c8en00680f
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Environmental Science Nano
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张芸芸;李娜;汪美贞;冯华军;徐超;徐峰
  • 通讯作者:
    徐峰
Nitrogen Source Stabilization of Quorum Sensing in the Pseudomonas aeruginosa Bioaugmentation Strain SD-1
铜绿假单胞菌生物增强菌株 SD-1 群体感应的氮源稳定
  • DOI:
    10.1128/aem.00870-17
  • 发表时间:
    2017-06
  • 期刊:
    Applied and Environmental Microbiology
  • 影响因子:
    4.4
  • 作者:
    Wang Mei Zhen;Lai Bai Min;D;ekar Ajai A;Yang Yu Sheng;Li Na;Yin Jun;Shen Dong Sheng
  • 通讯作者:
    Shen Dong Sheng
Regulation of Nicotine Tolerance by Quorum Sensing and High Efficiency of Quorum Quenching Under Nicotine Stress in Pseudomonas aeruginosa PAO1.
铜绿假单胞菌 PAO1 尼古丁胁迫下群体感应和高效群体淬灭对尼古丁耐受的调节
  • DOI:
    10.3389/fcimb.2018.00088
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Frontiers in cellular and infection microbiology
  • 影响因子:
    5.7
  • 作者:
    Tang H;Zhang Y;Ma Y;Tang M;Shen D;Wang M
  • 通讯作者:
    Wang M
A Metabolic Trade-Off Modulates Policing of Social Cheaters in Populations of Pseudomonas aeruginosa.
代谢权衡调节铜绿假单胞菌群体中社会骗子的监管
  • DOI:
    10.3389/fmicb.2018.00337
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Frontiers in microbiology
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Yan H;Wang M;Sun F;Dandekar AA;Shen D;Li N
  • 通讯作者:
    Li N

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  • DOI:
    10.13343/j.cnki.wsxb.20200269
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  • 期刊:
    微生物学报
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    --
  • 作者:
    李张强;李娜;李悦;汪美贞
  • 通讯作者:
    汪美贞
群体感应对生物强化过程影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    科技通报
  • 影响因子:
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  • 作者:
    郑昕;汪美贞;沈东升
  • 通讯作者:
    沈东升

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专题研讨类:微生物与环境污染化学
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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