群体效应(Quorum sensing) 是近来日益受到广泛关注的一种细菌
群体行为调控机制,很多细菌有这种能力, 即分泌一种或多种自诱导剂(Autoinducer) , 细菌通过感应这些自诱导剂来判断
菌群密度和周围
环境变化, 当菌群数达到一定的阈值(threshold value ,
菌落或集落数)后, 启动相应一系列基因的调节表达, 以调节菌体的群体行为。不同类型的细菌具有不同的群体效应调节系统, 很多细菌分泌同一种诱导剂, 以此调控不同种类细菌间的作用行为。群体效应系统在
自诱导剂与受体之间存在
专一性, 同时又在
调节基因和
信号传递系统中体现出多样性和复杂性。由于不少人或植物的
病原菌的致病机制等受群体效应的调控,该机制已成为医学等领域的研究热点。 细胞与细胞之间
信息交流一般被认为只在
多细胞生物中发生,而细菌往往被纯粹地看作
单细胞生物。在20世纪60年代一种海洋
费氏弧菌(Vibrio fischeri)的发光现象引起了科学家的兴趣,Nealson等在1970年首次报道了该菌的菌体密度与发光呈正相关,该发光现象受细菌本身的
群体感应调节系统(Quorum-Sensing System简称QS系统)所控制。发现许多细菌利用该系统调控体内特定基因的表达,如
根瘤菌与植物共生、
蓝细菌中
异形胞的分化、
芽胞杆菌中
感受态与芽胞的形成、
根癌农杆菌中
Ti质粒融合转移 、
病原细菌胞外酶与毒素产生、
生物膜(biofilm)形成、菌体发光、色素产生、抗生素形成、细菌运动等多种功能都受到细菌群体感应
信号系统所调节。
勒温借用物理学中磁场的概念,认为人的心理、行为决定于内部需要和环境的相互作用。因此,要测定人的心理与行为就必须了解完成这一行为的内在的心理
力场和外在的心理力场的情境因素。当人的需求未能满足时,就会产生内部力场的张力,环境起着
导火线的作用。据此他提出了心理力场的理论公式:b=f(p.e),其中b代表行为,p代表个人,e代表环境,f代表函数。 勒温的“场”理论最初只用于研究
个体行为。1933年他迁居美国后,又应用于研究
群体行为,提出“
群体动力”的概念。 所谓“群体动力”就是指群体活动的方向,而研究群体动力就是要研究影响群体活动动向的各种因素,因为群体活动的动向同样决定于内部力场和情境力场的相互作用。 我所研究的群体效应,更侧重人与环境的相互影响,特别是个人与群体的相互影响。
细菌QS系统 细菌根据特定
信号分子的浓度可以监测
周围环境中自身或其它细菌的数量变化,当信号达到一定的浓度阈值时,能启动菌体中相关基因的表达来适应环境中的变化,这一调控系统被称为细菌的
群体感应调节系统(QS系统)。Agrobacterium tumefaciens、Erwinia carotovora、 Ralstonia solanacearum等
植物病原细菌,至少要在两种复杂的
生境中交替生活:分散生活在
营养缺乏、竞争激烈、不同类型的
土壤环境和集中生活在营养丰富、竞争不激烈但防御严密的植物
体内环境。当这些
病原细菌侵染寄主时,必需达到一定的基数才能侵染成功,否则许多在寄主体内增殖中起关键作用的基因就不能启动表达;另外
枯草芽胞杆菌(Bacillus subtilis) 也利用QS系统对细胞的发育进行调控,当营养丰富、菌体稀少时向
感受态方向发展,营养贫乏菌体密度高时向
芽胞方向发展。
近几十年来的研究证实, 细菌
群感效应QS参与很多生物学功能的调控。诸如P1aeruginos等
病原菌胞外酶的产生;
发光菌的
生物发光性;
Ti质粒的结合转移; 细菌抗生素的合成; 毒性因子的表达; 病原菌的
致病性; 生物
表面活性物质的产生; 细菌的
聚集性( swarming) 、游动性和
生物膜的形成等。其中QS调控病原菌毒性因子的表达和生物膜的形成是倍受关注的问题。
研究证实, 病原菌对
宿主细胞的
致病作用一般需要毒性因子的表达, 并且大多数病原菌的致病性是和生物膜的形成紧密联系在一起的。诸如: 由Escherichia coli引起的
尿路感染, 由S taphy lococcus aureu引起的导管内感染, 由P1 aeruginosa引起的胆囊性纤维化患者的
肺炎等 。当这些病原菌形成生物膜时, 它们对宿主细胞的致病性和对抗
菌药的免疫性能就会成倍的增加。因此在医学界, 研究新型高效的
抗菌药物已成为热点。细菌QS系统的研究表明, QS控制着病原菌的致病性和某些
细菌生物膜的形成。David对P1 aeruginosa生物膜的形成进行研究发现, 由QS突变体(QS调控作用受到了抑制) 所形成的生物膜比较薄, 没有正常成熟的生物膜结构, 并且对生物
灭菌剂十二烷基磺酸钠(
SDS) 的抵抗作用显著降低。但是在
培养液中加入QS调控机制所需的
信号分子后, 突变体就恢复原有形成生物膜的性能。其他学者对这方面的研究都得出了相似的结论 。同时, 抑制QS的某些物质或微生物同样能够有效的抑制细菌生物膜的形成。这方面的研究为医学界的学者们提供了研制高效抗菌药的新思路。即如果我们能够研制出一种物质, 它能够抑制病原菌的QS系统, 那么它就能有效的控制病原菌的毒害作用。
综上所述, 对细菌
群感效应进行深入研究, 利用
信号分子类似物和信号分子降解酶对QS的干扰和破坏作用, 将为利用现代
分子技术防止
致病菌的毒害作用开辟新的路径。
群体效应一个
工作群体,既可以产生
1+1=3的
工作成果,也可以产生1+1=1的工作成果。群体的工作成果如何,与群体成员的工作行为有直接的关系。与此同时,群体对成员的行为也会产生制约、影响和改变的作用。群体对成员的影响和改变作用概括起来有五种效应:
社会助长效应、
社会致弱效应、
社会惰化效应、社会
趋同效应、
从众效应。