程珂珂 曾艷華 蔡中華 何永紅 周 進(jìn)

（清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院，海洋工程研究院，深圳 518055）

盡管大多數(shù)微生物都是單細(xì)胞生物，但在自然界中，它們并不是孤立地存在，而是以群落形式棲息于復(fù)雜多變的環(huán)境中。為了生存與繁殖，處于不同生態(tài)位中的微生物與相鄰的物種間建立了緊密的聯(lián)系。這些鄰居可能是同種的個(gè)體，也可能是異種的成員，甚至是與其共享生態(tài)幅的其他生物有機(jī)體。通過(guò)交流，微生物進(jìn)行合作、分工、競(jìng)爭(zhēng)抑或拮抗等復(fù)雜的群體行為，進(jìn)而提高其在環(huán)境中的適應(yīng)能力［1?2］。

微生物的交流常常因菌株和環(huán)境而異，產(chǎn)生的互作可能是互惠互利，也可能是競(jìng)爭(zhēng)拮抗［3］。但從根本上來(lái)說(shuō)，其交流過(guò)程主要包含3 個(gè)步驟：a.微生物從周?chē)h(huán)境中感知信號(hào)；b.由自身信號(hào)翻譯出所識(shí)別的環(huán)境狀況；c.最后對(duì)外部信號(hào)做出響應(yīng)。這種復(fù)雜多樣的“聽(tīng)—想—做”過(guò)程，使微生物能夠感應(yīng)環(huán)境的變化，對(duì)鄰近細(xì)胞做出反應(yīng)，并通過(guò)調(diào)節(jié)自身行為來(lái)快速應(yīng)對(duì)周邊環(huán)境，進(jìn)而增加種群競(jìng)爭(zhēng)力，如抗生素的分泌與耐受、生物膜的形成和擴(kuò)散、毒力因子的產(chǎn)生與趨化運(yùn)動(dòng)等［4?5］。

目前已有大量研究揭示了微生物通過(guò)不同的機(jī)制進(jìn)行交流，包括群體感應(yīng)、擴(kuò)散分子、胞間接觸等。這些交流方式使微生物借助一系列化學(xué)信號(hào)進(jìn)行種內(nèi)、種間或者跨界交流（圖1），并以協(xié)調(diào)群落活動(dòng)為目的，對(duì)種群整體發(fā)展具有重要意義［6］。在微生物信息時(shí)代，為了更好地剖析微生物的行為，深入理解微生物之間的交流方式是其中的關(guān)鍵。

在分子和化學(xué)水平上對(duì)微生物的交流語(yǔ)言進(jìn)行解讀，并充分理解其互作過(guò)程是一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的任務(wù)。微生物學(xué)與多組學(xué)聯(lián)用技術(shù)的發(fā)展，為研究微生物信號(hào)及其機(jī)制提供了越來(lái)越多的分子數(shù)據(jù)和研究方法。本文總結(jié)了目前報(bào)道的微生物交流語(yǔ)言，并代表性地介紹了主要信號(hào)分子及其在微生物互作中的作用，以期深入認(rèn)識(shí)微生物的信號(hào)交流過(guò)程，為復(fù)雜環(huán)境下微生物行為的理解和生態(tài)事件的解讀提供分子層面的依據(jù)。

Fig.1 An overview for the signal communication of microorganisms in nature圖1 自然界中微生物的信號(hào)交流概述

1 群體感應(yīng)信號(hào)

微生物在生長(zhǎng)過(guò)程中能夠通過(guò)分泌某些小分子進(jìn)行相互交流。這些信號(hào)分子聚集在細(xì)胞周?chē)?，并在達(dá)到閾值濃度后調(diào)節(jié)自身種群密度，激活下游功能基因的表達(dá)，表現(xiàn)出生物發(fā)光、毒性表達(dá)、抗生素產(chǎn)生以及生物膜形成等行為［7］。這類(lèi)信號(hào)分子被稱(chēng)為“群體感應(yīng)（quorum sensing，QS）”信號(hào)，是最早被報(bào)道的細(xì)菌語(yǔ)言之一。它所調(diào)節(jié)的行為被稱(chēng)為QS，是基于細(xì)胞密度建立的級(jí)聯(lián)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程。至今，已報(bào)道了多種細(xì)菌的QS 信號(hào)分子（表1），且大多數(shù)信號(hào)分子為約1 000 u的有機(jī)小分子或5～20 個(gè)氨基酸多肽［15?16］。革蘭氏陰性菌常利用的信號(hào)分子是N??；呓z氨酸內(nèi)酯（N?Acyl?L?homoserine lactones， AHLs 或 autoinducer?1，AI?1）、長(zhǎng)鏈脂肪酸、脂肪酸甲酯以及自誘導(dǎo)物II（autoinducer?2，AI?2）。AI?2 也可被一些革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌所使用，但通常它們更喜歡利用修飾或環(huán)狀的肽，如寡肽（autoinducing peptide，AIP）。除細(xì)菌外，新近的研究表明，一些致病真菌，如白色念球菌（Candida albicans）也具有QS現(xiàn)象［17］，其信號(hào)分子主要為醇類(lèi)化合物。以下分述主要QS信號(hào)分子以及它們?cè)谖⑸锝涣髦邪l(fā)揮的作用。

Table 1 Typical quorum sensing signal produced by microorganisms and their structures表1 微生物產(chǎn)生的典型群體感應(yīng)信號(hào)分子及其結(jié)構(gòu)

1.1 N-?；呓z氨酸內(nèi)酯（AHLs）

AHLs 是革蘭氏陰性菌最常利用的一類(lèi)信號(hào)分子。它由保守的高絲氨酸內(nèi)酯（HSL）環(huán)組成，酰胺（N）連接C4 到C18 長(zhǎng)度不等的酰基側(cè)鏈［18?19］。AHL 核心結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，但其鏈長(zhǎng)結(jié)構(gòu)會(huì)隨物種的改變而具有差異性，這些結(jié)構(gòu)變化則介導(dǎo)著細(xì)菌的特異性識(shí)別［8］。例如，植物病原菌Pantoea stewartii 和 銅 綠 假 單 胞 菌 （Pseudomonas aeruginosa）分別產(chǎn)生3?oxo?C6?HSL 和3?oxo?C12?HSL［20］，不同的信號(hào)分子使得細(xì)菌在多物種混雜的種群中仍能通過(guò)AHL區(qū)分自我。QS信號(hào)分子主要由兩種蛋白質(zhì)調(diào)節(jié)：第一類(lèi)是AHL 合成酶，由AI?1誘導(dǎo)基因（luxI、phzI、traI、lasI等）所編碼，并將信號(hào)前體轉(zhuǎn)化為一個(gè)或多個(gè)AHL 信號(hào)分子；第二類(lèi)是受體即R 蛋白，由R 基因（luxR、phzR、traR、lasR等）所編碼，其表達(dá)需要特定基因的激活或抑制。在低細(xì)胞密度時(shí)，產(chǎn)生的AHL 信號(hào)隨細(xì)胞濃度梯度擴(kuò)散或被轉(zhuǎn)運(yùn)至胞外。隨著種群密度的增加，AHL 信號(hào)在細(xì)胞內(nèi)逐漸積累。當(dāng)達(dá)到閾值水平時(shí)，AHL 與R 蛋白相互作用，介導(dǎo)R 蛋白發(fā)生二聚，從而被轉(zhuǎn)運(yùn)并結(jié)合到一個(gè)QS控制的特定啟動(dòng)子區(qū)域，利用RNA 聚合酶激活下游靶基因的表達(dá)［21］（圖2a）。

大多數(shù)細(xì)菌物種僅能識(shí)別同類(lèi)的AHL 信號(hào)，因此通常被認(rèn)為介導(dǎo)的是種內(nèi)交流［25］。但是，近期許多研究發(fā)現(xiàn)，某些細(xì)菌有能力利用其他物種合成的AHL，并通過(guò)AHL 信號(hào)與相鄰種群或者真核宿主進(jìn)行交流［26］。例如沙門(mén)氏菌（Salmonella spp.） 和大腸桿菌（Escherichia coli） 無(wú)法合成AHL 自體誘導(dǎo)物，但卻擁有AHL 受體，這使它們能夠“偷聽(tīng)”群落中其他細(xì)菌的交流［27］。同樣的，許多植物也具有“竊聽(tīng)”功能，如苜蓿、擬南芥和三葉草等，可以感知AHL 并作出防御性或刺激發(fā)育變化的特異性反應(yīng)［28］。

1.2 寡肽（AIP）

與革蘭氏陰性菌相比，革蘭氏陽(yáng)性菌中不具備經(jīng)典的AHL 系統(tǒng)。一個(gè)可能的原因是革蘭氏陽(yáng)性菌缺乏多孔外膜結(jié)構(gòu)，并且覆蓋了一層很厚的肽聚糖外殼，這可能限制了AHL 信號(hào)向胞外的擴(kuò)散。但是，大多數(shù)革蘭氏陽(yáng)性菌能夠利用被稱(chēng)為寡肽（AIP）的小分子肽作為通訊信號(hào)。這些AIP從細(xì)胞中主動(dòng)運(yùn)出，在達(dá)到閾值濃度時(shí)激活細(xì)菌表面由組氨酸激酶和響應(yīng)調(diào)控子組成的雙組分系統(tǒng)，通過(guò)磷酸化級(jí)聯(lián)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，激活目標(biāo)基因的表達(dá)，如金黃色 葡 萄 球 菌（Staphylococcus aureus） 的Agr 系統(tǒng)［29］（圖2b）。除此之外，AIP還可以通過(guò)寡肽運(yùn)輸系統(tǒng)轉(zhuǎn)運(yùn)回胞內(nèi)并與RAP 磷酸酶或轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子互作，啟動(dòng)靶基因的轉(zhuǎn)錄［30］，如鏈球菌（Streptococcus） 中短疏水肽與Rgg 調(diào)節(jié)因子的互作［31］。

Fig.2 The mechanism of the main quorum sensing signals圖2 主要群體感應(yīng)信號(hào)的作用機(jī)制

此外，不同的菌屬擁有不同的信號(hào)物質(zhì)，Jarraud等［32］發(fā)現(xiàn)不同的金黃色葡萄球菌（S.aureus）產(chǎn)生不同類(lèi)型的信號(hào)肽。每種類(lèi)型的信號(hào)肽只被同源的AgrC 受體所識(shí)別，當(dāng)其他菌株分泌的非同源信號(hào)肽與AgrC 受體結(jié)合后，則會(huì)抑制AgrC 的活性［33］。這說(shuō)明非同源信號(hào)肽能夠阻止細(xì)胞間的溝通。因此在多菌株共存時(shí)，第一個(gè)建立其QS 系統(tǒng)的菌株可能更易感染宿主。因此，靶向細(xì)胞間的交流將成為一個(gè)對(duì)微生物感染進(jìn)行治療的重要方式。

1.3 自誘導(dǎo)物2（AI-2）

與高絲氨酸內(nèi)酯型AI?1 對(duì)應(yīng)，另一類(lèi)重要的信號(hào)分子是自誘導(dǎo)物2（AI?2），其廣泛存在于革蘭氏陰性和陽(yáng)性菌中［10］。AI?2是一組由4，5?二羥基?2，3?戊二酮（DPD）衍生的化合物，由luxS基因編碼合成并自發(fā)環(huán)化形成的一系列呋喃酮衍生物［34］。合成后的AI?2 可以被轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞外，并在濃度達(dá)到一定閾值時(shí)，通過(guò)一系列的級(jí)聯(lián)系統(tǒng)來(lái)調(diào)節(jié)QS基因的表達(dá)并影響菌株的生理行為，包括生物被膜的形成和毒力基因的表達(dá)等［35?37］（圖2c）。

目前的研究表明，一個(gè)物種產(chǎn)生的AI?2 可以影響其他物種的基因表達(dá)［38］。同時(shí)，細(xì)菌產(chǎn)生的AI?2 特異性感應(yīng)物，能進(jìn)行自我和非自我的交流［39］，因此AI?2 被認(rèn)為是既可介導(dǎo)種內(nèi)，又可介導(dǎo)種間的通訊工具。此外，Kong 等［40］的研究指出，植物病原真菌煙草疫霉（Phytophthora nicotianae）、大豆疫霉（Phytophthora sojae）和瓜果腐霉（Pythium aphanidermatum）同樣能夠產(chǎn)生AI?2，表明AI?2 可 能 還用于 真 菌與細(xì) 菌 的跨界交流。

1.4 擴(kuò)散信號(hào)因子（DSF）

擴(kuò)散信號(hào)因子（diffusible signaling factor，DSF）是細(xì)菌用于種內(nèi)和種間交流的另一類(lèi)重要信號(hào)分子。其通常是α，β?不飽和脂肪酸，并被稱(chēng)為順式?11?甲基?2?十二碳烯酸［41］。DSF 的合成受rpfF和rpfB基因的調(diào)節(jié)，這兩個(gè)基因分別編碼烯酰輔酶A 和長(zhǎng)鏈脂肪?；o酶A 連接酶［11］。分子識(shí)別涉及兩部分調(diào)節(jié)系統(tǒng)，即傳感器RpfC 和響應(yīng)調(diào)節(jié)器RpfG［42］（圖2d）。Rpf 蛋白最早在黃單胞菌屬（Xanthomonas spp.）中被發(fā)現(xiàn)，且其同源蛋白廣泛地存在于黃單胞菌屬中，并控制著這些細(xì)菌毒力因子的合成、聚集行為和生物膜的形成［43］。作為黃單胞菌的近緣物種，假單胞菌（Pseudomonads）具有黃單胞菌DSF 傳感器的同源蛋白，因此在這兩種細(xì)菌之間可能存在普遍的種間交流。此外，銅綠假單胞菌的DSF 類(lèi)似物也影響著大腸桿菌、肺炎克雷伯氏菌（Klebsiella pneumoniae）、奇異變形桿 菌 （Proteus mirabilis）、 化膿性鏈球菌（S. pyogenes）、枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）、金黃色葡萄球菌（S. aureus） 和白色念珠菌（C. albicans）中生物膜的成熟與擴(kuò)散［44?46］。進(jìn)一步證實(shí)了DSF 具有寬泛的生態(tài)幅，可實(shí)現(xiàn)多物種的種間交流。但是，對(duì)于DSF 的調(diào)節(jié)機(jī)制以及在種間交流中的作用，目前的結(jié)論推測(cè)跟營(yíng)養(yǎng)獲取和生存適應(yīng)有關(guān)，但仍然需要確切的證據(jù)來(lái)證明［47］。

1.5 醇類(lèi)

自Hornby等［15］從真菌——白色念珠菌中鑒定了第一個(gè)QS 信號(hào)分子，即金合歡醇（farnesol）后，迄今為止已經(jīng)發(fā)現(xiàn)至少47 種能夠分泌金合歡醇的真菌物種，包括多種假絲酵母菌［48］。金合歡醇是無(wú)環(huán)倍半萜醇，其QS 涉及組氨酸激酶Chk1p［49］和Ras1?Cyr1 途徑［50］，但其受體存在多變性，還有待進(jìn)一步商榷。金合歡醇調(diào)節(jié)多個(gè)基因的表達(dá)，并誘導(dǎo)一種抑制真菌絲狀化的轉(zhuǎn)錄輔因子TUP1［51］，同時(shí)抑制菌體形態(tài)轉(zhuǎn)變激活劑CPH1 和HST7的表達(dá)［52］。因而，該信號(hào)分子常被視為真菌形態(tài)（孢子態(tài)、菌絲態(tài)、游動(dòng)態(tài)等）的調(diào)節(jié)劑。

雖然金合歡醇作為細(xì)胞密度調(diào)節(jié)器的功能尚待確定，但其已被報(bào)道能夠抑制白色念珠菌生物膜的形成［53］。此外，Semighini 等［54］發(fā)現(xiàn)，當(dāng)構(gòu)巢曲霉（Aspergillus nidulans）和白色念珠菌共培養(yǎng)時(shí)，其生長(zhǎng)和發(fā)育受到金合歡醇依賴(lài)性的損害。Jabra?Rizk等［55］對(duì)金黃色葡萄球菌的研究表明，金合歡醇可抑制生物膜形成，損害細(xì)胞膜的完整性，并增強(qiáng)了金黃色葡萄球菌對(duì)抗生素的敏感性。這些結(jié)果表明，金合歡醇除了能調(diào)節(jié)形態(tài)發(fā)生的QS功能外，還起著種內(nèi)種間交流的作用。重要的是，金合歡醇在預(yù)防生物膜相關(guān)的感染和降低病原菌耐藥性的治療中具有潛在的應(yīng)用價(jià)值［56］。

除了金合歡醇，Chen等［13］在白念珠菌中發(fā)現(xiàn)了另一種QS 信號(hào)分子，即芳香醇——酪醇（tyrosol）。酪醇由芳香族氨基酸經(jīng)轉(zhuǎn)氨作用、脫羧和乙醇脫氫酶還原而成［57］。與金合歡醇相似，酪醇也能夠控制菌絲的形成、生長(zhǎng)、形態(tài)發(fā)生以及生物膜的發(fā)生。不同的是，酪醇會(huì)在生物膜形成的早期和中期刺激菌絲的發(fā)育，而金合歡醇則在成熟生物膜的后期促進(jìn)菌絲的釋放，以幫助菌體在更遠(yuǎn)的地方分散和定殖［58］。除此之外，一些其他醇類(lèi)也可作為信號(hào)分子參與對(duì)真菌的調(diào)節(jié)，如色醇和苯乙醇， 它們可控制釀酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）從單細(xì)胞形式轉(zhuǎn)變?yōu)榍忠u性絲狀形式的發(fā)育［59］。更普遍的是，芳香醇的合成基因被證實(shí)存在于大多數(shù)酵母物種中［60］，并證明它們常常與真菌的形態(tài)表型相關(guān)［61］。

1.6 吲哚

吲哚（indole）屬于雜環(huán)芳香族化合物，由細(xì)菌中的四聚體色氨酸酶（TnaA）催化色氨酸向吲哚、丙酮酸和氨的轉(zhuǎn)化而產(chǎn)生［62?63］（化學(xué)反應(yīng)：L?色氨酸+H2O ＞吲哚+丙酮酸+NH3）。目前已有超過(guò)85 種細(xì)菌會(huì)產(chǎn)生吲哚，并影響著細(xì)菌的生理和代謝［14，64］。在大多數(shù)細(xì)菌中，吲哚被視為信息素或者調(diào)節(jié)劑，革蘭氏陰性菌中吲哚控制著微生物群落中對(duì)毒素、藥物和酸的抵抗力，生物膜的形成及其他多種生物學(xué)功能［65?66］；在革蘭氏陽(yáng)性菌中，有報(bào)道指出吲哚通過(guò)與丙酮酸激酶結(jié)合增加金頭孢菌（Stigmatella aurantiaca）孢子的形成［67］。在早期的研究中，吲哚僅被認(rèn)為是細(xì)菌的種內(nèi)信號(hào)，但近期的研究報(bào)道了其介導(dǎo)種間交流的能力。假單胞菌在與大腸桿菌共培養(yǎng)時(shí)，通過(guò)吲哚增加自身生物膜，同時(shí)控制大腸桿菌生物膜的形成［66］。Mueller 等［68］指出，霍亂弧菌（Vibrio cholerae）使用吲哚信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)來(lái)增強(qiáng)對(duì)真核生物盤(pán)基網(wǎng)柄菌（Dictyostelium discoideum）的抗性。

此外，Wikoff 等［69］的觀察結(jié)果表明，細(xì)菌和哺乳動(dòng)物的新陳代謝之間存在顯著的相互作用，而吲哚及其衍生物則是兩者信號(hào)傳遞中的重要媒介。在海洋生態(tài)系統(tǒng)，浮游植物也與周?chē)募?xì)菌通過(guò)信息物質(zhì)交流來(lái)互利共生，例如亞硫酸桿菌Sulfitobacter 通過(guò)分泌吲哚?3?乙酸來(lái)促進(jìn)硅藻細(xì)胞分裂；同時(shí)，利用硅藻分泌的以及內(nèi)在的色氨酸來(lái)繼續(xù)合成吲哚?3?乙酸以增加硅藻細(xì)胞濃度［70］。綜上，吲哚代表了一類(lèi)新的信號(hào)分子，不僅在種內(nèi)，而且在種間及跨界交流中均表現(xiàn)出重要的功能［71?72］。

1.7 其他信號(hào)分子

除了上述描述的主要信號(hào)以外，其他各種QS分子也參與細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)，包括丁內(nèi)酯、自誘導(dǎo)物3及環(huán)狀二肽等。

a.丁內(nèi)酯（butyrolactone）。丁內(nèi)酯最初發(fā)現(xiàn)于鏈霉菌屬（Streptomyces spp.），其主要控制細(xì)菌的形態(tài)分化和次級(jí)代謝產(chǎn)物的產(chǎn)生［73］。雖與AHL結(jié)構(gòu)類(lèi)似，但丁內(nèi)酯不與AHL 受體結(jié)合，且其作用方式通常是使阻遏蛋白從目標(biāo)基因啟動(dòng)子區(qū)域解離，從而維持基因的穩(wěn)定表達(dá)。

b.自誘導(dǎo)物3（autoinducer?3，AI?3）。它是一種胺化的芳香族化合物，最初從腸道病原體的上清液中純化獲得［74］，并進(jìn)一步證實(shí)其合成不依賴(lài)AI?2 合成酶［75］，但其精確的結(jié)構(gòu)和合成途徑仍知之甚少。AI?3 由一些不同的革蘭氏陰性菌產(chǎn)生，參與毒性的控制及鞭毛的合成，被認(rèn)為是一個(gè)多物種的交流信號(hào)。AI?3 在細(xì)菌表面被感受器激酶QseCB 雙組分系統(tǒng)的QseC 所識(shí)別，QseCB 也響應(yīng)真核宿主產(chǎn)生的荷爾蒙，如腎上腺素、去甲腎上腺素，因此可能參與跨界交流［76］。

c. 環(huán)狀二肽（diketopiperazines，DKP）。環(huán)狀二肽也稱(chēng)為二酮哌嗪，是細(xì)菌使用的一組信號(hào)分子，用于傳達(dá)有關(guān)種群數(shù)量的信息，并調(diào)節(jié)與宿主從共生到獨(dú)立生存的行為轉(zhuǎn)換［77］。DKP 可以模擬AHL 的功能，并在AHL 結(jié)合位點(diǎn)與LuxR 蛋白相互作用［78］，但所需的DKP濃度遠(yuǎn)高于AHL。除了作為AHL 分子類(lèi)似物，也有報(bào)道稱(chēng)鏈霉菌所產(chǎn)生的DKP還參與植物的交流，并具有抗菌活性［79］。

2 群體猝滅信號(hào)

群體猝滅（quorum quenching，QQ）是微生物破壞信號(hào)分子以阻礙QS過(guò)程的一種策略。它的目的是抑制QS級(jí)聯(lián)反應(yīng)中的特定功能，同時(shí)避免對(duì)細(xì)菌生存和生長(zhǎng)產(chǎn)生影響。首次報(bào)道的QS降解酶分離自土壤的貪噬菌屬（Variovorax）和芽孢桿菌（Bacillus）［80?81］，自此已經(jīng)發(fā)現(xiàn)許多與QS降解或修飾有關(guān)的QQ 酶。現(xiàn)今發(fā)現(xiàn)的QQ 酶主要有4 類(lèi)：a.降解高絲氨酸內(nèi)酯環(huán)的內(nèi)酰胺酶［82］；b.酰胺水解酶或?；?，可在酰胺鍵處裂解AHL 并釋放脂肪酸和高絲氨酸內(nèi)酯［83］；c.將3?氧基AHL 轉(zhuǎn)化為其同源3?羥基AHL的還原酶［84］；d.催化?；溠趸募?xì)胞色素氧化酶［85］。這些酶廣泛存在于細(xì)菌、古菌和真核生物中。有趣的是，一些產(chǎn)生AHL 的細(xì)菌同時(shí)也帶有降解AHL 酶的基因，如銅綠假單胞菌PAO1 的PvdQ 和根癌農(nóng)桿菌（Agrobacterium tumefaciens）的AttM/AiiB 酶能夠降解AHL［86?87］。而有些不產(chǎn)生AHL 的細(xì)菌也合成了AHL 降解酶［88］。這些特征表示QQ 是由QS 產(chǎn)生者為清除自身QS 信號(hào)而進(jìn)化出的自然機(jī)制，或者是產(chǎn)QQ 生物與QS信號(hào)產(chǎn)生者競(jìng)爭(zhēng)的一種有效手段［89?90］。

QQ 的作用機(jī)理主要包含3 種策略：抑制信號(hào)的產(chǎn)生、傳播或感知［91］（圖3）。Chung等［92］確定了兩種作用于C8?HSL的抑制劑，分別競(jìng)爭(zhēng)性抑制C8?HSL 的合成酶TofI 以及C8?HSL 的受體TofR。Wong 等［93］報(bào)道了真核酵母Trichosporon loubieri通過(guò)內(nèi)酯酶活性降解細(xì)菌QS分子，從而破壞AHL的信號(hào)傳導(dǎo)。一些QS 抑制劑也可直接作用于QS受體，如鹵化呋喃酮可以調(diào)節(jié)LuxR 活性，進(jìn)而破壞AHL 依賴(lài)性轉(zhuǎn)錄激活因子來(lái)降低細(xì)胞密度［94］。鹵化呋喃同時(shí)被證明能夠影響銅綠假單胞菌生物膜的結(jié)構(gòu)與附著［95?96］，抑制大腸桿菌的種群數(shù)量［97］，從而能夠控制病原菌感染。

Fig.3 AHL-mediated quorum quenching mechanisms［98］圖3 AHL介導(dǎo)的群體猝滅作用機(jī)理［98］

QQ 為治療病原菌感染提供了新的策略，拓寬了當(dāng)前預(yù)防細(xì)菌疾病的有效方法［99］。Dong 等［88］通過(guò)轉(zhuǎn)基因使植物表達(dá)AHL?內(nèi)酰胺酶，結(jié)果發(fā)現(xiàn)植物猝滅了病原菌的QS 信號(hào)，并顯著增強(qiáng)了對(duì)歐文氏菌Erwinia carotovora 的抗性。來(lái)自芽孢桿菌的群體猝滅劑有效降低了嗜水氣單胞菌對(duì)斑馬魚(yú)的致病率［100］。AHL類(lèi)群體感應(yīng)抑制劑的作用范圍較窄，并且長(zhǎng)鏈的AHL 類(lèi)似物比短鏈的更具有針對(duì)性［101］。此外，LuxO 是控制全球霍亂弧菌QS 級(jí)聯(lián)反應(yīng)的中央調(diào)節(jié)劑，有研究者確定了針對(duì)LuxO的抑制劑可以干擾多種弧菌的毒力控制［102］。由于這些抑制劑都只能靶向作用于特定生物，因此有助于消除混合物種中的指定生物。QS 抑制劑通過(guò)選擇性的抑制特定生物而不是全部消殺的方式，能夠有效替代抗生素來(lái)避免耐藥性的限制，作為一種有前途的治療方法廣泛應(yīng)用于人類(lèi)、獸醫(yī)、農(nóng)業(yè)和水產(chǎn)養(yǎng)殖等各個(gè)領(lǐng)域。

3 抗生素類(lèi)信號(hào)分子

抗生素是由微生物產(chǎn)生的低分子質(zhì)量（3 000 u）有機(jī)分子，由于具有抑菌或殺菌能力而被篩選出來(lái)。據(jù)估計(jì)，諸如紅霉素和鏈霉素等抗生素的生物合成途徑已有上百年的歷史，并且在全球范圍內(nèi)廣泛推廣［103］。隨著抗生素的大量使用，研究者逐漸發(fā)現(xiàn)在抗生素減少病原菌對(duì)宿主黏附的同時(shí)，還會(huì)影響病原菌的毒力特征。Bader 等［104］的研究表明， 鼠傷寒沙門(mén)氏菌（Salmonella typhimurium）暴露于亞致死濃度的抗菌肽下會(huì)激活其PhoP/PhoQ 和RpoS 毒力調(diào)節(jié)因子，同時(shí)抑制鞭毛合成和與入侵相關(guān)的III 型分泌系統(tǒng)所需的基因轉(zhuǎn)錄。Linares等［105］則證實(shí)亞抑制濃度的妥布霉素、四環(huán)素和諾氟沙星會(huì)觸發(fā)銅綠假單胞菌毒力因子的表達(dá)，誘導(dǎo)生物膜的行成。因此如今出現(xiàn)了新的觀點(diǎn)，認(rèn)為抗生素不僅是細(xì)菌武器，而且在亞抑制濃度下可以充當(dāng)種間信號(hào)分子，調(diào)節(jié)微生物群落的平衡［106?107］。

目前已有研究表明，大環(huán)內(nèi)酯類(lèi)抗生素和紅霉素能以最小的生長(zhǎng)抑制濃度控制銅綠假單胞菌中AHL 的合成［108?109］。除此之外，在低于閾值水平時(shí)，這些抗生素能夠調(diào)節(jié)細(xì)菌中5%～10%的基因轉(zhuǎn)錄［105，110］。亞抑制性抗生素濃度可以增加細(xì)菌中編碼影響與宿主細(xì)胞互作基因的表達(dá)［111］，并且可以誘導(dǎo)生物膜形成，如銅綠假單胞菌和大腸桿菌對(duì)氨基糖苷的亞抑制水平起反應(yīng)，并產(chǎn)生抗生素抗性生物膜［112］。這也許是革蘭氏陰性菌用來(lái)對(duì)抗產(chǎn)生抗生素的革蘭氏陽(yáng)性菌（如鏈霉菌）的一種策略。亞抑制水平的抗生素并不總是對(duì)生物膜的形成有促進(jìn)作用。半合成的大環(huán)內(nèi)酯類(lèi)化合物阿奇霉素可減少流感嗜血桿菌（Haemophilus influenzae）的生物膜形成。但有趣的是，其他與阿奇霉素具有相似抗菌機(jī)制的抗生素，如紅霉素（具有高度相關(guān)的結(jié)構(gòu)）和慶大霉素，對(duì)流感嗜血桿菌的生物膜形成幾乎沒(méi)有影響［113］，這可能暗示同一類(lèi)別中不同抗生素對(duì)特定細(xì)菌功能啟動(dòng)子具有特定激活模式。

近年來(lái)越來(lái)越多的研究指明，亞抑制濃度下的抗生素是細(xì)菌細(xì)胞轉(zhuǎn)錄的有效調(diào)節(jié)劑［114?115］。因此，低濃度抗生素能夠作為信號(hào)分子調(diào)節(jié)鄰近細(xì)胞的代謝和生理機(jī)能，而只有在超過(guò)閾值濃度時(shí)才會(huì)產(chǎn)生抗菌作用。也就是說(shuō)在低濃度下的抗生素甚至可以有益于自然環(huán)境中潛在病原菌的感染行為，這完全改變了人們對(duì)抗生素生態(tài)功能的看法。因此，在未來(lái)的研究中需要投入更多的努力去闡明亞抑制濃度下抗生素的作用靶點(diǎn)以及其中涉及的調(diào)控機(jī)理，這不僅有助于開(kāi)發(fā)特定細(xì)菌感染的治療方案，如通過(guò)促進(jìn)有益細(xì)菌形成生物膜以抵御病原菌侵襲或?qū)Σ≡玖σ蜃拥陌邢蚩刂茖?shí)現(xiàn)特定抑制，而且對(duì)生物圈中微生物互作的理解都有深遠(yuǎn)的意義。

4 接觸依賴(lài)型交流

微生物除了通過(guò)有距離地交換擴(kuò)散性信號(hào)進(jìn)行交流外，還能夠以細(xì)胞間的直接接觸來(lái)傳遞信息。在這種接觸依賴(lài)的胞間交流中，信息的載體不僅是小分子，也可以是蛋白質(zhì)、DNA 和RNA。研究發(fā)現(xiàn)，大腸桿菌EC93在混合培養(yǎng)條件下，可以抑制其他大多數(shù)大腸桿菌的生長(zhǎng)［116］。這種抑制需要細(xì)胞的直接接觸，并且由稱(chēng)為接觸依賴(lài)性抑制劑A（CdiA）和分泌CdiA 的家族成員CdiB 兩個(gè)蛋白質(zhì)調(diào)節(jié)。CdiAB 系統(tǒng)表達(dá)的抑制細(xì)胞與靶細(xì)胞通過(guò)BamA 受體間的相互作用而聚合，CdiA 的羧基端被蛋白酶裂解后轉(zhuǎn)運(yùn)到靶細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行破壞。而在抑制性細(xì)胞中，其cdiI基因編碼免疫蛋白避免了自我抑制。這種接觸依賴(lài)的細(xì)胞交流有助于細(xì)菌在相近物種間的競(jìng)爭(zhēng)中建立種群優(yōu)勢(shì)。

此外，有研究者發(fā)現(xiàn)一種由連接相鄰細(xì)胞的胞間納米管（intercellular nanotubes）所介導(dǎo)的細(xì)菌通訊［117］?？莶菅挎邨U菌能夠產(chǎn)生不同大小的管狀延伸橋接鄰體細(xì)胞，直接將胞質(zhì)熒光蛋白進(jìn)行轉(zhuǎn)移，同樣，細(xì)胞也可以從其接觸的鄰體那里獲得抗生素耐藥性。這種納米管不僅可以橋接枯草芽孢桿菌和同種細(xì)胞的信息傳遞，還可以介導(dǎo)和金黃色葡萄球菌或者大腸桿菌的胞內(nèi)分子交換，為種內(nèi)和種間的物質(zhì)交換提供了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)（圖4a）。

Fig.4 Bacteria communicate through intercellular nanotubes(a)［117］and extracellular vesicles(b)［118］圖4 細(xì)菌通過(guò)胞間納米管（a）［117］和胞外囊泡（b）進(jìn)行交流［118］

5 胞外囊泡交流方式

原核和真核細(xì)胞都能夠分泌一種進(jìn)化保守的納米級(jí)膜狀囊泡——胞外囊泡（extracellular vesicles，EVs），EVs 能夠通過(guò)多種內(nèi)吞途徑進(jìn)入宿主細(xì)胞［119］（圖4b）。而EVs 中常包含許多成分，如小RNA、蛋白質(zhì)、病毒等，在進(jìn)入目標(biāo)受體后被釋放出來(lái)。例如，沙門(mén)氏菌產(chǎn)生的一種PhoP 激活的小RNA?PinT，不僅可以介導(dǎo)與入侵相關(guān)的效應(yīng)因子和存活所需的毒力基因的活性，還可以調(diào)節(jié)宿主基因的表達(dá)［120］。一種侵襲性真菌病原體灰葡萄孢菌（Botrytis cinereal）將有毒的小RNA轉(zhuǎn)移到擬南芥植物細(xì)胞中，通過(guò)使宿主防御基因沉默來(lái)實(shí)現(xiàn)感染［121］。有研究者對(duì)珊瑚病原弧菌V.shilonii產(chǎn)生的EVs進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，其中包含與病原菌毒性相關(guān)的蛋白質(zhì)，除此之外還檢測(cè)到了AHL 的存在，暗示弧菌通過(guò)EVs 進(jìn)行QS 交流［122］。另外，還有證據(jù)指出，EVs在宿主與病毒的相互作用中起重要作用［123］。這些結(jié)果說(shuō)明，EVs 作為一種新型通訊方式，介導(dǎo)著微生物與宿主間的緊密交流。

6 信號(hào)交流的作用

微生物棲居過(guò)程中常常需要應(yīng)對(duì)多變的環(huán)境，包括資源的匱乏和惡劣條件的刺激，為了獲得長(zhǎng)久生存，微生物通過(guò)交流將單個(gè)細(xì)胞的功能與群體的需求聯(lián)系在一起，共同應(yīng)對(duì)外界挑戰(zhàn)。這些信號(hào)交流頻繁發(fā)生，并在種群和物種水平上帶來(lái)益處。在這里，重點(diǎn)歸納3種生態(tài)作用，即產(chǎn)生生物膜獲得自我保護(hù)、通過(guò)資源分割實(shí)現(xiàn)營(yíng)養(yǎng)共享，以及與宿主不斷互作完成協(xié)同進(jìn)化。

6.1 形成生物膜

在自然環(huán)境中，微生物很少以浮游形式出現(xiàn)，而是聚集存在于由胞外聚合物（extracellular polymeric substances， EPS） 組 成 的 生 物 膜（biofilm）中。EPS 主要由多糖、蛋白質(zhì)、酶和脂質(zhì)等組成，為微生物提供保護(hù)性屏障來(lái)避免細(xì)胞直接暴露于不利條件［124］。目前研究表明，生物膜的形成與擴(kuò)散受到微生物QS 系統(tǒng)的嚴(yán)格調(diào)控［125?126］。敲除銅綠假單胞菌的QS 基因?qū)е铝似渖锬っ芏群投嗵呛康娘@著降低，相同培養(yǎng)條件下，QS 突變株生物膜中的細(xì)胞更易被抗生素殺滅，但野生型菌株生物膜中的細(xì)胞幾乎不受卡那霉素影響［127］。

此外，由于生物膜常包含多種細(xì)菌及真菌，因此種間或跨界交流在生物膜的發(fā)展和維持中也起著至關(guān)重要的作用。如對(duì)牙根尖病變的研究中發(fā)現(xiàn)，牙齦卟啉單胞菌（Porphyromonas gingivalis）顯著增強(qiáng)了核梭桿菌（Fusobacterial nucleatum）生物膜的形成，而其產(chǎn)AI?2 的luxS 基因缺失導(dǎo)致這種增強(qiáng)作用降低，這說(shuō)明鄰近生物的交流使許多微生物形成更復(fù)雜的生物膜［128］。盡管微生物的生存并不需要生物膜，但生物膜賦予了細(xì)胞多種生存優(yōu)勢(shì)，包括增加抗逆性、抵抗紫外輻射、提高抗生素耐藥性等，增加了它們?cè)诓焕麠l件下繁殖、存活和代謝的機(jī)會(huì)［129］。

6.2 資源共享

微生物常生活于多物種共存的環(huán)境中，這就不可避免地要為有限的資源而紛爭(zhēng)。為了更好地分配資源，微生物形成了社會(huì)群體，通過(guò)釋放信號(hào)來(lái)共享生態(tài)位。一個(gè)典型的例子是豆科植物與根瘤菌通過(guò)多種分子對(duì)話(huà)機(jī)制建立的固氮共生，其中QS 介導(dǎo)的基因調(diào)控在宿主?細(xì)菌相互作用中起重要作用，影響著結(jié)瘤效率、共生體發(fā)育、胞外多糖產(chǎn)生和固氮［130］。此外，Wyss［131］發(fā) 現(xiàn) 細(xì)菌 中的 固 氮酶（Nif）可以將大氣中的氮轉(zhuǎn)化為藻類(lèi)可利用的氮，同時(shí)使用類(lèi)似QS 的機(jī)制感知藻類(lèi)密度，在高藻類(lèi)密度下抑制固氮基因的表達(dá)，防止藻類(lèi)的過(guò)度增長(zhǎng)，控制著共生體的整體密度。這些交流通過(guò)分割生態(tài)位，實(shí)現(xiàn)營(yíng)養(yǎng)的有效利用，將資源枯竭的可能性降至最低，有利于群體的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。

6.3 協(xié)同進(jìn)化

微生物借助各種語(yǔ)言進(jìn)行交流來(lái)實(shí)現(xiàn)與其他物種錯(cuò)綜復(fù)雜的互作，而物種間持續(xù)的相互作用是進(jìn)化進(jìn)程的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力。目前有學(xué)者指出，QS 系統(tǒng)可能是維持物種合作和調(diào)整進(jìn)化的一種分子機(jī)制［132］。Bruger 等［132］比較了野生型與luxR 基因突變型弧菌（V. campbellii）在調(diào)控合作與進(jìn)化中的作用，發(fā)現(xiàn)突變株的群落譜系逐漸被作弊者（使用但不貢獻(xiàn)資源的生物）替代，而具有QS 系統(tǒng)的菌株群落則維持著協(xié)同進(jìn)化；進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，野生型菌株其生物發(fā)光和蛋白酶的產(chǎn)生逐漸降低，說(shuō)明微生物交流系統(tǒng)通過(guò)減少表型功能的表達(dá)來(lái)控制群落成員的變化。此外，在與植物的互作中，QS也被證明影響著宿主與其共生細(xì)菌之間的進(jìn)化［133］。農(nóng)桿菌（Agrobacterium）利用QS 對(duì)宿主發(fā)起侵染，植物信號(hào)則通過(guò)激活其群體猝滅機(jī)制來(lái)進(jìn)行信號(hào)串?dāng)_，農(nóng)桿菌與其植物宿主之間復(fù)雜的信號(hào)互作反映了一種平衡的共同進(jìn)化［134］。

7 信號(hào)交流的應(yīng)用

微生物間的交流常常與病原菌的致病性密切相關(guān)，通過(guò)QS系統(tǒng)調(diào)控毒力相關(guān)過(guò)程，使細(xì)菌能避免宿主防御系統(tǒng)對(duì)它的早期識(shí)別，并在定殖成功后統(tǒng)一種群行為，有效擴(kuò)大其生態(tài)影響。信號(hào)交流為微生物帶來(lái)了生存優(yōu)勢(shì)，但同時(shí)也使其成為疾病治療、農(nóng)業(yè)病害防治及環(huán)境修復(fù)的新突破口。

7.1 疾病治療

由于有65%～80%的疾病感染與生物膜有關(guān)，因此生物膜已成為一個(gè)明顯的藥物靶點(diǎn)［135］。Chow等［136］通過(guò)基因工程合成的AHL 內(nèi)酯酶，能夠有效破壞臨床分離的病原菌鮑曼不動(dòng)桿菌（Acinetobacter baumannii）生物膜的形成，為感染性疾病提供了有效的防治策略。銅綠假單胞菌具有多種QS系統(tǒng)，因其極易形成生物膜且具有多重耐藥性而難以治療［137］。鼠模實(shí)驗(yàn)表明，合成的呋喃酮化合物成功干擾了銅綠假單胞菌的AHL 系統(tǒng)，加速了肺部細(xì)菌的清除，降低了感染的嚴(yán)重程度，并顯著延長(zhǎng)了小鼠的存活時(shí)間，對(duì)銅綠假單胞菌肺部感染具有良好的治療效果［138］。鑒于病原菌抗生素耐藥性的日漸嚴(yán)重，開(kāi)發(fā)治療細(xì)菌感染的新療法，例如基于群體猝滅的治療手段，將具有巨大的臨床意義。不同于抗生素，群體猝滅劑調(diào)節(jié)了病原菌的毒力，抑制生物膜的形成，但不影響細(xì)菌的生存生長(zhǎng)，因此在減弱致病性的同時(shí)，不會(huì)造成抗菌治療的選擇壓力，是治療細(xì)菌感染性疾病的有效途徑［139］。

7.2 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)

細(xì)菌感染是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、畜牧養(yǎng)殖中所面臨最嚴(yán)重的問(wèn)題之一，對(duì)生產(chǎn)養(yǎng)殖造成了巨大損失［140］，因此尋求有效的生態(tài)友好型病害防治手段具有重要價(jià)值。目前已有研究者通過(guò)轉(zhuǎn)基因使煙草表達(dá)N?氧代?；呓z氨酸內(nèi)酯，避免了軟腐植物病原菌Erwinia carotovora 植物細(xì)胞壁降解酶的過(guò)早產(chǎn)生，并及時(shí)激活植物防御反應(yīng)，從而增強(qiáng)了對(duì)病原菌的抵抗力［141］。Kalia 等［142］總結(jié)了多種來(lái)源的QS 抑制劑，這些抑制劑能夠有效對(duì)抗具有重要經(jīng)濟(jì)價(jià)值的植物和動(dòng)物性疾病。此外，借助植物共生菌產(chǎn)生抗性物質(zhì)是病害防治的另一有效方法，如假單胞菌P.aureofaciens通過(guò)QS系統(tǒng)產(chǎn)生吩嗪類(lèi)抗生素，能夠保護(hù)小麥免受真菌感染［143］。因此，QS抑制劑或激活劑在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有潛在的應(yīng)用前景。

7.3 環(huán)境修復(fù)

微生物、藻類(lèi)和原生動(dòng)物等在海洋環(huán)境中常常定殖于基質(zhì)表面形成生物污損，對(duì)海洋工業(yè)和海軍產(chǎn)生一系列嚴(yán)重后果，如促進(jìn)金屬腐蝕、降低儀器靈敏度、增加船體阻力等。生物污損通常采用防污涂層進(jìn)行控制，但目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)一些目標(biāo)生物具有抗藥性，此外大部分防污化學(xué)物質(zhì)具有毒性會(huì)增加環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)，因此急需開(kāi)發(fā)新的環(huán)保型防污策略。Dobretsov 等［144?145］通過(guò)篩選發(fā)現(xiàn)QS 抑制劑曲酸和呋喃酮能夠降低細(xì)菌和硅藻的密度并且有效控制生物污損。目前越來(lái)越多的研究者指出，干擾細(xì)菌QS系統(tǒng)破壞生物膜將是未來(lái)新型無(wú)毒害的防污損手段［144，146］。

8 總結(jié)與展望

隨著微生物研究的不斷深入，人們逐漸認(rèn)識(shí)到生活在龐雜環(huán)境中的微生物并不是孤立地存在，而是表現(xiàn)出群體的行為。在群體過(guò)程中它們使用多樣的交流系統(tǒng)去協(xié)調(diào)自身活動(dòng)，感知鄰近細(xì)胞的動(dòng)態(tài)，并相應(yīng)調(diào)節(jié)自身的行為。這些交流語(yǔ)言廣泛存在且具有種屬差異，包括化學(xué)信號(hào)、小分子化合物、信息素，以及細(xì)胞間的物理接觸等，行使著種內(nèi)、種間和跨界通訊的功能，決定著微生物與相鄰生物之間互利共生或是競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)系。近年來(lái)，更有研究表明，最簡(jiǎn)單的生命個(gè)體——病毒，也在QS信號(hào)的介導(dǎo)下參與著宿主的互作交流［147］。

在過(guò)去的幾十年里，結(jié)構(gòu)和功能多樣的信號(hào)系統(tǒng)正以驚人的速度被發(fā)現(xiàn)，并不斷增加著人們對(duì)微生物通訊、微生物生理和微生物進(jìn)化的認(rèn)知，但是許多信號(hào)分子的全部面貌和交流分子機(jī)制仍是未知領(lǐng)域。此外，目前對(duì)微生物信號(hào)的了解大多基于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的純培養(yǎng)，對(duì)于自然微生物群落的研究還非常缺乏。因此，在未來(lái)研究中仍有許多方向需要進(jìn)一步開(kāi)拓。

a.不同生境下多物種交流方式的探索，如極端環(huán)境（高原、冰川、深海、熱液、極地）、特殊生境（深淵、大氣、臨近空間等）下，嗜熱、嗜冷、嗜酸古菌是如何通過(guò)交流與溝通抵抗環(huán)境脅迫協(xié)同生存，以及它們的對(duì)話(huà)機(jī)制在環(huán)境耐受中如何發(fā)揮作用。

b.新技術(shù)的應(yīng)用。高通量測(cè)序技術(shù)的發(fā)展，多組學(xué)技術(shù)和顯微成像技術(shù)的不斷進(jìn)步，為認(rèn)識(shí)復(fù)雜微生物群落的組成和動(dòng)態(tài)信息提供了契機(jī)。有望通過(guò)更多新方法找到更多的信號(hào)分子，擴(kuò)充微生物語(yǔ)言庫(kù)，更深入地理解微生物在復(fù)雜群落結(jié)構(gòu)中的信息交流，以及揭示這種交流如何驅(qū)動(dòng)生物過(guò)程和微生物的進(jìn)化。

c.利用交流語(yǔ)言闡釋生態(tài)事件，解讀微生物的行為機(jī)制，例如環(huán)境適應(yīng)、共生關(guān)系、協(xié)同進(jìn)化等。前期的研究工作中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，共生微生物通過(guò)種間交流能夠調(diào)節(jié)藻際環(huán)境的物質(zhì)交換和珊瑚共生體的穩(wěn)態(tài)，對(duì)揭示赤潮的發(fā)生和珊瑚的白化有輔助意義［148?149］。隨著研究的推進(jìn)，針對(duì)語(yǔ)言調(diào)節(jié)下微生物行為的深入理解，可更好地解釋生態(tài)現(xiàn)象、開(kāi)展生態(tài)修復(fù)，包括環(huán)境治理、廢水處理以及病原防控等。

d.借助合成生物學(xué)對(duì)微生物語(yǔ)言進(jìn)行改造與利用。合成生物學(xué)的應(yīng)用開(kāi)創(chuàng)了操縱自然微生物群落中群體感應(yīng)行為的先例。目前，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)實(shí)現(xiàn)通過(guò)合成QS 系統(tǒng)的元件構(gòu)造和遺傳通路，完成菌群的搭建并對(duì)菌群特定功能進(jìn)行“開(kāi)關(guān)”控制，并合成了多種QS抑制劑或探針進(jìn)行疾病的抵抗或治療。借助合成生物學(xué)調(diào)控QS 這一策略已逐漸應(yīng)用于疾病治療、環(huán)境治理和生態(tài)保護(hù)，但操控QS 元件并設(shè)計(jì)人工微生物群落組成仍處于發(fā)展階段，不過(guò)隨著對(duì)微生物語(yǔ)言的不斷了解以及更多新技術(shù)的應(yīng)用，將推動(dòng)微生物學(xué)這一領(lǐng)域的快速發(fā)展。