变异链球菌LuxS密度感应与代谢流相关性研究

LuxS system mediated most bacteria’s quorum sensing. However the LuxS enzyme is also the key factor of Active Methyl Circulation, there existed the dispute of whether the luxS mutation caused quorum sensing disabilities or just metabolism distortion. This study aims to study the role of LuxS sytem. During the earlier study, the luxS mutation strain and different methyl metabolism recovery strains are constructed. This study plans to detect the intra and intercellular principal metabolic components with NMR and HPLC respectively. With the bioinformatics methods, the metabolism networks will be simulated on the basis of various metabolic databases. Mathematic modeling will be used to calculate the metabolic flow control with the method of FBA and MOMA. This study may bring a further step to the quorum sensing eco-control of caries.

LuxS系统调控着多数细菌的密度感应行为，但由于LuxS酶本身也是甲基化代谢循环的关键酶，因此学术界有质疑通过luxS缺陷所获得的生理表型的改变是否为代谢障碍而非密度感应缺陷所致。本研究为进一步探索LuxS系统在密度感应与代谢流控制中的作用与地位而提出，在前期自然科学基金项目的基础上，已构建出了变异链球菌luxS基因的缺陷株，及不同层次恢复其甲基代谢的基因工程改造菌株。为解释在前期实验中发现的问题，本研究计划针对不同代谢水平的改造菌株利用核磁共振和高效液相色谱技术分析其胞内外主代谢成分，采用生物信息学的方法在数据库的支持下重建代谢网络，并利用数学建模分析的方法计算代谢流的控制，以及通过流平衡分析法计算与基因敲除前的最佳流分布状况最接近的可行的解。并按照代谢调节最小化法通过参数的调整控制对luxS基因在信息与代谢中的作用与地位进行模拟与分析。本研究将从理论上进一步丰富密度感应生态防治的研究。

变异链球菌在龋病的发生发展中有重要作用，其在口腔中主要以生物膜的形式与其他细菌共生。密度感应在生物膜细菌间的信息交流中发挥了重要的作用。LuxS系统调控着多数细菌的密度感应行为，但由于LuxS酶本身也是甲基化代谢循环的关键酶，因此学术界有质疑通过luxS缺陷所获得的生理表型的改变是否为代谢障碍而非密度感应缺陷所致。本研究探索了LuxS系统在密度感应与代谢流控制中的作用与地位。我们利用前期构建的变链球菌luxS基因的缺陷株，及不同层次恢复其甲基代谢的基因工程改造菌株，利用高通量测序和高效液相色谱技术分析针对基因转录、翻译，代谢等不同水平对改造菌株代谢活动进行分析，采用生物信息学的方法在数据库的支持下重建luxS影响的代谢网络，并利用数学建模分析的方法计算代谢流的控制，以及通过流平衡分析法计算与基因敲除前的最佳流分布状况最接近的可行的解。并按照代谢调节最小化法通过参数的调整控制对luxS基因在信息与代谢中的作用与地位进行模拟与分析。研究发现luxS可通过密度感应和甲基循环通路影响生物膜的形成。通过密度信号分子AI-2的合成和摄取影响生物膜的形成；通过甲基循环主要影响细菌胞外多糖的形成从而影响生物膜的形成。变异链球菌内存novelgene21、22、25、27、30等sRNA参与luxS的调控。luxS主要影响PTS系统，并可能通过PTS系统感受外界环境AI-2信号以及影响果糖、甘露糖、丙酮酸代谢、糖酵解和糖合成。本项目从代谢网络机制上探讨了luxS 基因在信号调控与代谢调控中的作用，进一步阐明了密度感应信号系统对生物膜致病的作用机制，从理论上丰富了密度感应生态防治的研究，为将来通过干扰口腔生物膜信息传递防龋提供潜了在的作用靶点，为龋病的预防奠定理论基础。