产品升级|宏基因组新增功能注释数据库（三）

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上期，小编给大家介绍了元莘生物宏基因组产品的新增功能注释——毒力因子。今天，小编继续给大家分享宏基因组中的另一功能注释——QS（群体感应）。

群体感应( quorum sensing，QS) (https://quorumpeps.ugent.be/)是一种细菌间的信息交流机制，是微生物之间通过化学信号进行菌株的个体通讯、交流和信息交流，共同调节自身行为、适应环境，并以群体或宏观性现象表现出来的一种现象。细菌群体感应参与包括人类、动植物病原菌致病力在内的多种生物学功能的调节。近年来的研究证明细菌之间存在信息交流，许多细菌都能合成并释放一种被称为自诱导物质(autoinducer,AI)的信号分子，胞外的AI浓度能随细菌密度的增加而增加，达到一个临界浓度时，AI能启动菌体中相关基因的表达，调控细菌的生物行为。如产生毒素、形成生物膜、产生抗生素、生成孢子、产生荧光等，以适应环境的变化，我们将这一现象称为群体感应调节(quorum sensing．QS)。

QS 箱线图

注：横坐标是QS class名称；纵坐标是不同分组下的 QS class 的丰度值

案例分享

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1.群体感应抑制剂功能化海水反渗透膜调节微生物群落和减轻膜生物污染

发表期刊：Water Research

影响因子：12.8

时    间：2024.02

膜生物污染是海水反渗透(seawater reverse osmosis, SWRO)膜稳定运行需要解决的难题。本研究探讨了海水淡化膜生物污染中群体感应(quorum sensing, QS)抑制对微生物群落组成和种群水平行为的调控机制。通过加入群体感应抑制剂(QSIs) -邻氨基苯甲酸甲酯(MA)，制备了一种新型的SWRO抗菌膜(MA_m)。与外源添加的QSIs相比，它表现出更强的抗生物污染性能，表现出长期稳定性，与原始膜相比，膜通量减少22%。结果表明，与代谢产物显著相关的优势菌Epsilon-和Gamma-proteobacteria在MA_m膜上减少了80%以上。此外，MA的引入通过与跨膜传感器受体的活性位点结合，对QS信号感知通路产生更显著的影响。它有效地将编码QS和胞外多聚物(EPS)的基因的丰度分别降低了50%和30%，从而使胞外多聚物减少了50%以上，从而限制了 QSI-修饰的膜上生物膜的形成。这项研究为QSIs在实际SWRO应用中控制生物膜形成的潜力提供了新的见解。

菌群中各物种含QS相关基因丰度

2.果蔬的废弃物发酵液:减少通过抑制群体感应对土壤中人类细菌病原体的风险

发表期刊：Environment International

影响因子：10.1

时    间：2024.01

水果和蔬菜废弃物发酵液(FFVW)在土壤改良和减少抗生素抗性基因(ARGs)污染方面表现出显著的能力。然而，FFVW能否减轻与人类健康密切相关的其他微生物污染，如人类细菌病原体(HBPs)和毒力因子(VFGs)，目前仍不清楚。在本研究中，宏基因组分析发现FFVW降低了ARGs和VFGs高风险的HBPs，包括肺炎克雷伯菌(降低了40.4%)、结核分枝杆菌(降低了21.4%)和肺炎链球菌(降低了38.7%)。相应的，土壤中毒力因子丰度从3.40拷贝/细胞下降到2.99拷贝/细胞。进一步的分析表明，这主要归因于群体感应(QS)的抑制。FFVW降低了QS信号、rpaI、luxS等QS合成基因以及rpfC和fusK等受体基因，导致ARGs和VFGs的风险降低。纯培养实验显示，FFVW处理后铜绿假单胞菌、金黄色葡萄球菌、大肠埃希菌和肺炎克雷伯菌中QS, VFGs, ARGs 和可移动遗传元件(MGEs)相关基因表达下调，与宏基因组学分析结果一致。本研究提出了一种环境友好的控制土壤VFGs/ ARGs携带HBPs的方法，在“同一健康”框架下对土壤和人类健康具有重要意义。

用FFVW修正土壤中ARGs、vfg与QS的关系及QS的变化

[1] Chen C, Yang Y, Lee C H, et al. Functionalization of seawater reverse osmosis membrane with quorum sensing inhibitor to regulate microbial community and mitigate membrane biofouling[J]. Water Research, 2024, 253: 121358.

[2] Zhu L, Li J, Yang J, et al. Fermentation broth from fruit and vegetable waste works: Reducing the risk of human bacterial pathogens in soil by inhibiting quorum sensing[J]. Environment International, 2024, 188: 108753.

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