副干酪乳杆菌与枯草芽孢杆菌等菌群种间关系以及协同合作策略的研究

The phenomenon of quorum sensing is popular in the G+ lactic acid bacteria. Producing various kinds of bacteriocin is the major behavior regulated by quorum sensing. This study explored the ecological relationship between Lactobacillus paracasei HD1.7 and Bacillus subtilis as well as the cooperation strategy, centering around bacteriocin production based on Lactobacillus paracasei HD1.7 as the original strain. Firstly, the signal molecules from Bacillus subtilis will be purified and the characterization be verified. In addition, we further want to investigate the effect of signal molecules on the bacteriocin production of Lactobacillus paracasei HD1.7. Secondly, our goal is to determine the ecological relationships between Lactobacillus paracasei and Bacillus subtilis based on the competitive nutrition niche studies. Next, the signaling molecules of the antagonistic bacteria such as G+, G- and yeast will be isolated and purified. The sequence analysis will be used to compare the sequence conservation. Moreover, proteomics combining with other system biological 'omics' technologies are helpful for us to get further information about the identificatio of proteins whose expression drastically changes when cells are grown in coculture ecosystem. Finally, the studies of the cooperation strategy and the ralationship between the cell differentiation and quorum sensing are based on the generating time and production of the signal molecules and spores.

群体效应现象普遍存在于G+乳酸菌中，其所调节的群体行为主要是产生各种细菌素。本课题以副干酪乳杆菌HD1.7为出发菌株，围绕其细菌素的产生，探讨其与枯草芽孢杆菌等菌群之间的种间关系及协同合作策略。首先对枯草芽孢杆菌信号分子进行分离纯化及性质验证，并考察枯草芽孢杆菌信号分子对副干酪乳杆菌产细菌素的影响；其次通过副干酪乳杆菌与枯草芽孢杆菌对相同营养生态位的竞争研究，确定副干酪乳杆菌与枯草芽孢杆菌等菌群之间的种间生态关系；最后对其它芽孢杆菌属分泌的信号分子进行分离纯化及序列分析比对，同时利用蛋白组学技术测定枯草芽孢杆菌等芽孢菌属与副干酪乳杆菌共培养时差异表达的蛋白质，并确定信号分子的产生量、产生时间与芽孢产生量、产生时间的关系，芽孢产生与细菌素生成之间的时间关系，研究枯草芽孢杆菌等芽孢菌群与副干酪乳杆菌的协同合作策略，以及细胞分化（芽孢产生）与群体效应之间的关系。

在自然环境中，细菌并不处于纯培养状态，它们必须与周围复杂的微生物群落竞争。本课题以副干酪乳杆菌HD1.7为出发菌株，探讨其与枯草芽孢杆菌等菌群之间的种间关系及协同合作策略。首先对枯草芽孢杆菌信号分子进行分离纯化，考察其对副干酪乳杆菌产细菌素的影响；利用转录组学技术探究两者共培养时差异表达的基因；通过两者对相同营养生态位的竞争研究，确定种间的生态关系、协同合作的策略，以及细胞分化（芽孢产生）与群体效应之间的关系；最后，将副干酪乳杆菌HD1.7和芽胞杆菌属微生物分别进行共培养，探究这种生态关系在芽胞杆菌属中是否普遍存在。本研究得到以下结论：（1）B. subtilis在其生长过程中不断分泌了一种信号分子，对L. paracasei HD1.7群体效应相关基因的表达起到促进作用。（2）分离纯化B. subtitls分泌的刺激因子，经LC-MS检测表明可能是一种新型肽类。（3）转录组的结果发现，显著上调的基因有51个，显著下调的基因有76个；富集最显著的代谢通路为组氨酸代谢、丙氨酸，天冬氨酸和谷氨酸代谢、缬氨酸，亮氨酸和异亮氨酸降解、果糖和甘露糖代谢、嘧啶代谢及磷酸转移酶系统。（4）当营养丰富时L. paracasei HD1.7对B. subtilis形成偏害作用，而B. subtilis对L. paracasei HD1. 7形成偏利作用。（5）在营养匮乏时，二者的生态关系表现为对L. paracasei HD1.7偏害但对B. subtilis偏利。（6） 将芽胞杆菌属微生物与L. paracasei HD1.7进行共培养时，B. pumilus与L. paracasei HD1.7之间出现了协同合作关系，而对于B. cereus、B. megaterium、B. laterosporus、B. licheniformis和B. thuringiensis则表现为对芽胞杆菌偏利但对L. paracasei HD1.7偏害的生态关系。本课题的研究结果表明芽孢杆菌依靠芽孢抵抗副干酪乳杆菌HD 1.7细菌素的抑菌作用，两者通过种间的信息交流，建立了一个在菌种数量上有一定比例，功能上有一定分工的多细菌群落，形成了稳定的小生态环境，两者之间既有竞争也有合作。这不仅对副干酪乳杆菌细菌素工业化生产提供理论依据，同时也将群体效应在种间生态关系中调控作用的理论研究推上新的台阶。