群体感应蛋白TraM的晶体结构及其与转录调节因子TraR的相互作用

酰基血红素内酯（AHL）群体感应控制数百种变形杆菌的基因表达，包括许多动植物病原体。一般来说，AHL受体是相关转录因子家族的成员，尽管它们是抗病毒治疗药物开发的靶点，但关于这类细菌受体的结构信息很少。我们已经确定了转录因子QscR的结构，该转录因子与来自机会性人类病原体的N-3-氧代十二烷基血红素内酯结合铜绿假单胞菌分辨率为2.55Å。结合配体的QscR是一种二聚体，具有独特的对称“跨亚单位”排列，包含多个二聚化界面，涉及每个亚单位的两个域。QscR二聚体似乎已准备好与DNA结合。体内突变QscR蛋白的研究支持了关于信号结合和二聚接触的预测。AHL的酰基链靠近二聚化界面。我们的数据与调控DNA结合从而调控毒力基因表达的信号传递变构机制一致。

总结群体感应被广泛认为是调节细菌共同行为特定基因表达的有效机制。几种细菌表型对于成功建立与真核宿主的共生、致病或共生关系至关重要，包括运动性、胞外多糖产生、，生物膜的形成和毒素的产生通常由群体感应调节。有趣的是，真核生物产生对细菌信号网络有积极或消极影响的quorum-sensing interfering（QSI）化合物。这种真核生物干扰可能导致细菌群体感应的进一步微调。此外，最近的工作涉及到合成各种quorum-sensing信号分子的结构同源物，这导致了可用于控制病原菌的其他QSI化合物的开发。创造表达细菌quorum-sensing基因的转基因植物是另一种干预细菌行为的策略。对配额感应系统操作的进一步研究可以为我们提供对抗有害细菌的有力工具。

理解负责多细胞群体复杂集体行为的细胞内分子机制是现代生物学迫切需要解决的问题。群体感应使细菌能够协同激活遗传程序，它提供了一个有启发性且易于处理的例子，阐明了基因网络的分子组织与其控制的复杂表型之间的因果关系。在这项工作中，我们首次以根癌农杆菌为例，提出了一个人口向群体感应过渡的详细模型。我们构建了一个描述Ti质粒quorum-sensing基因网络的模型，并证明其作为一个“开-关”基因表达开关，对分子噪声具有鲁棒性，并激活质粒接合程序以响应自诱导物浓度的增加。然后将此细胞内模型合并到基于代理的随机种群模型中，该模型还描述了细菌运动、细胞分裂和化学通讯。通过在液体培养基和生物膜中模拟向群体感应的转变，我们解释了实验观察到的群体感应表型的逐渐表现，表明单个模型细胞向“开”状态的转变是在广泛的自诱导剂浓度范围内随机扩散的。同时，临界自诱导物浓度的种群平均值和阈值种群密度对单个细胞之间的可变性具有鲁棒性，可预测且特定于特定的生长条件。我们的建模方法将细胞内和种群规模的配额感应现象联系起来，并为长期存在的有关该现象的生态和进化意义的问题提供了合理的答案。因此，我们证明，向群体感应过渡需要液体培养基中比生物膜中更高的阈值细胞密度，在此基础上，我们假设在农杆菌群体感应中充当生物膜形成的检测器。