LuxS\AI-2群体感应系统在乳酸菌与酵母菌共培养中调控机理的研究

During the process of lactic acid bacteria (LAB) co-culturing with yeast, the nutritional need is just basic one part of the symbiosis. As the environmental stimulating factors, some specific strains achieve their metabolism, operate gene transcription and regulate many important physiological functions by utilizing quorum sensing (QS). This phenomenon gives us new perspective when we investigate the QS of LAB and the interactions between LAB and the yeast under the condition of co-culture. Using yeast as a stimulating factor of the environment in this project, starting from LAB LuxS/AI-2 system, we will compare the protein and nucleic acid expression among LAB single strain culture (Group 1), and co-culture with yeast (Group 2) and add exogenous signal AI-2 to LAB (Group 3). This comparison aims to obtaining some significant physiological function differences on Key-protein, and analyzing the yeast effect on the physiological functions of LAB in the process of co-culture. Moreover, we compared group 2 and 3 to seek the protein expression co-relationship, then we can ascertain the role which LuxS/AI-2 plays in QS co-culture. The quintessence of the project is to efficiently regulate some physiological functions of LAB by exogenously adding AI-2.

在乳酸菌和酵母菌的共培养过程中，营养上的相互需求只是其共生基础的一部分。某些菌种经常作为环境中的刺激因素触发特定菌种的群体感应现象，实现对其自身代谢、基因转录及很多重要生理功能的调控。这对乳酸菌群体感应现象的研究以及酵母菌与乳酸菌在共培养中的互作机理打开了新的思路。本项目从乳酸菌的LuxS/AI-2系统出发，将酵母菌当作环境中的刺激因素，比较乳酸菌单菌培养、外源添加AI-2、与酵母菌共培养三者之间核酸和蛋白表达的差异，从而得到乳酸菌与酵母菌共培养中乳酸菌在代谢和实现某些重要生理功能途径上关键蛋白的差异，分析酵母菌对乳酸菌生理功能的影响；同时通过与外源添加AI-2信号分子的乳酸菌蛋白变化的比较，寻找其与酵母菌共培养蛋白表达的相关性，得出LuxS/AI-2群体感应系统在共培养过程中扮演的角色以及起到的调控作用。期望通过外源添加信号分子AI-2，高效便捷的实现对乳酸菌某些重要生理功能的调控。

LuxS/AI-2群体感应系统广泛存在于乳酸菌中，它以AI-2作为其信号分子并参与调控菌体的多种生理功能。本研究旨在探究信号分子AI-2对乳酸菌生理性状的调控，通过对调控途径的研究深入了解环境胁迫、与酵母菌及其无细胞发酵上清液共培养时乳酸菌LuxS/AI-2群体感应系统发挥的作用。.（1）分离自酸马奶酒中的乳酸菌大部分均具备分泌信号分子AI-2的能力，但不同菌株产信号分子AI-2的规律及能力不同。 .（2）不同环境胁迫对乳酸菌的生理特性及LuxS/AI-2 QS系统产生的影响不同。酸胁迫和营养胁迫可以抑制菌株的生长，但可以促进菌株的LuxS/AI-2 QS发挥作用，增加信号分子AI-2的产生和基因的转录，以应对不良环境；低温和渗透压胁迫可以抑制菌株的生长和信号分子AI-2的分泌，但促进LuxS和Pfs基因在非QS通路中的转录；高温和碱性条件下菌体密度是诱导信号分子AI-2分泌的主要因素。.（3）酵母菌及其CFS会影响乳酸菌菌株生长、代谢以及LuxS/AI-2 QS系统。酵母菌的代谢产物会抑制乳酸菌菌株的生长、产酸能力以及生物膜的形成，但却在不同程度上促进了试验菌株信号分子AI-2的分泌，并对LuxS和Pfs基因的转录产生显著影响；酵母菌与乳酸菌共培养同样会抑制乳酸菌菌株的生长和代谢、并抑制其LuxS/AI-2 QS系统发挥作用。.（4）体外合成的信号分子AI-2可以被试验菌株识别和利用，但不同浓度对不同乳酸菌生理特性的影响存在菌株差异性。外源信号分子AI-2可以促进乳酸菌的生长并提高其耐酸耐碱性，但对其生物膜形成无显著影响。.（5）外源信号分子AI-2、酵母菌菌体及其代谢产物会影响乳酸菌差异蛋白的表达。添加外源信号分子AI-2共有15个蛋白差异表达，其中促进了半胱氨酸和甲硫氨酸代谢途径中Pfs蛋白的表达。添加酵母菌代谢产物共有82个蛋白差异表达，涉及的代谢通路较多，其中群体感应代谢通路中的差异蛋白表达量均有显著增加。与酵母菌共培养共有50个蛋白差异表达，涉及的代谢通路包括QS系统、蛋白转运、氨基酸的生物合成代谢通路等，差异蛋白均表达下调，仅在硫代谢通路中表达上调。以上结果说明乳酸菌与酵母菌及其CFS共培养均会影响乳酸菌的QS系统进而可能影响菌株的共培养过程。