新技术！群体感应（QS），已经成为控制鱼虾病原体利器！

群体感应（QS）是细菌细胞通过相互转移分子和编码基因的通信过程。

未来水产养殖中替代抗生素的材料

当细菌接收到这些通信信息时，它们会生长形成菌落，或者形成生物膜，进行新陈代谢，引起毒性，并对压力的生活条件做出反应。QS取决于细菌密度的信号分子数量，当信号分子达到一定阈值时，细菌细胞开始作为群体发挥作用。

QS信号是小化学分子或肽，称为自诱导剂。细菌有3个主要的QS信号：

（1）：Autoinducer – 1（自诱导剂-1、AI-1）或酰基高丝氨酸内酯 (AHL)，用于革兰氏阴性细菌。

（2）：Autoinducer – 2（自诱导剂-2，AI-2），用于革兰氏阴性和革兰氏阳性细菌。

（3）：AIP肽（自动诱导肽，AIP）如乳链菌肽，是一种抗菌肽。

一些QS AHL信号可以传递给不同的细菌菌株。

一、革兰氏阴性 (-) 菌群的群体感应

革兰氏阴性菌中的QS通讯由 N-酰基高丝氨酸内酯 (AHL) 控制。AHL由Luxl合酶合成。当AHL数量较多时，自诱导剂会与细胞质中的LuxR受体结合，然后诱导QS信号基因的转录。

革兰氏阴性细菌中的群体感应和芽孢杆菌QS的应用。(H1)

AHL具有环状化学式（H1），具有亲水性，因此AHL很容易穿透细胞膜。AHL的长度根据β结合位点和饱和度而变化。AHL的扩散取决于酰基链长度和饱和度。酰基链越短，饱和度越低，越容易穿过膜。更重要的是，较长的分子链需要运输机制。

哈维弧菌(H2)的 QS 信号传导

3种信号分子HAI-1、AI-2和CAI-1分别由酶LuxM、LuxS和Cqs A合成。当细胞密度较高时，这些自诱导剂被LuxN受体、LuxPQ和CqsS检测吸收。然后磷 (P) 还原以中和LuXO，从而允许LuxR合成和基因转录，从而引起发光、生物膜形成和毒素产生。

弧菌通常通过AHL分子传达 QS。比如：哈维氏弧菌是虾苗和商业养殖阶段发光病的病原体，且哈维弧菌(H2)的QS系统控制该细菌的多种毒力因子，例如：生物发光、金属蛋白酶产生、铁载体和胞外多糖的产生。

副溶血弧菌、哈维弧菌和坎贝氏弧菌是急性肝胰腺坏死病（AHPND）的病原体。这三种细菌菌株都含有pirABvp基因，这是一种导致虾感染AHPND的有毒基因。这也表明，引起AHPND的产毒基因可以通过病原菌的QS机制，在菌种之间（从副溶血弧菌到哈维弧菌、坎贝氏弧菌）水平传播。

在越南养殖鲶鱼中，E. ictaluri中也发现了Quorum系统，它是鲶鱼感染和养殖鲶鱼肝肾病的病原体。

一些革兰氏 (-) 和革兰氏 (+) 细菌的群体感应

世界各地的科学家研究了分解AHL信号分子的方法，作为控制致病性革兰氏阴性菌毒力的有效措施，特别是引起水产品疾病的细菌。其中，AHL信号分子的生物降解被认为是最常用的方法。这个过程可以通过分离能够产生群体感应降解酶的细菌菌株来完成。

二、革兰氏阳性 (+) 细菌群的群体感应

革兰氏阳性菌的QS自诱导剂基于信息素肽，信息素肽在细胞内合成，并通过ATP转运蛋白输出到外部环境。

在革兰氏阳性细菌中，信号分子由双组分系统或细胞内受体的自诱导剂感知，该过程需要通过ATP结合将自诱导剂转运到细胞中。在双组分系统中，自诱导剂与细胞膜中的组氨酸（相同的传感器激酶）结合。诱导剂的结合通过磷酸化或去磷酸化过程激活来自传感器激酶的信号传导，磷被运输到反应调节器，以执行影响靶基因等过程。

双组分系统在感知和响应外部信号、改变运动性、基因交换和相应基因表达的过程中非常重要。

三、群体感应抑制剂在水产养殖中的用途

引起虾和鱼危险疾病的病原体通常属于革兰氏 (-) 细菌组。在了解细菌的群体感应信号机制时，科学家们研究了应用QS中断来限制细菌致病的能力。当细菌不具备QS沟通能力时，它们就没有足够的分子和密度来引起疾病。

中断QS信号传输的机制通过多种方式发生：

- 阻止信号分子的合成。

- 灭活或使用降解信号分子的酶，防止分子积累到最大阈值。

- 破坏细胞内信号受体的结合或与信号分子竞争。

- 目标基因密钥用于根据QS信号进行编码。

酶和酶复合物（见下表）可以降解AHL，阻止病原菌产生毒力因子和形成生物膜，从而降低其毒力。

第一种能够降解外来QS信号的细菌是从土壤中分离出来的，被鉴定为属于芽孢杆菌属。芽孢杆菌孢子因其对多种微生物的高拮抗能力而被评估，这些细菌菌株通常用作生物防治和生长促进剂。

芽孢杆菌控制其他细菌生长的能力，是由于其为细菌和真菌产生抗生素分子的机制，以及其阻碍生物膜和真菌细胞内QS通讯的能力。

AHL内酯酶是能够降解革兰氏(-)细菌AHL的两种酶之一。这种酶由许多芽孢杆菌属物种中存在的aiiA基因编码。多项研究表明，来自枯草芽孢杆菌BS-2的aiiA基因对大肠杆菌BL21具有很高的控制能力；AHL-内酯酶基因aiiA由大肠杆菌的Plpp启动子转录，并重组到溶杆菌酶基因菌株OH11中，形成OH11A。这项研究的结果开辟了开发多功能重组细菌菌株的方法，能够同时控制真菌和细菌疾病。

对于水生疾病，目前已有很多关于在养殖过程中阻断/干扰QS通讯，以预防和治疗疾病的能力的研究。多项研究已证明能够干扰哈维弧菌、霍乱弧菌、费氏弧菌、鳗弧菌、嗜水气单胞菌的QS 。

因此，正确的使用微生物产品、能够通过QS机制、竞争栖息地、食物等来控制弧菌的“非抗生素”产品，是一种安全的解决方案，符合水产养殖持续发展的趋势。