原核生物的基因调控

群体感应(quorum sensing)

/ KWOR-um /

想象人群里每个人都在轻轻哼着同一个音。人少的时候,哼声微弱到听不见;可一旦哼的人够多,声音就涨到响亮到人人都注意到、并据此行动。细菌用化学物质代替声音做着类似的事:每个细胞释放一点点信号分子,只有当周围细胞够多时,信号才积累到足够高,触发基因表达的一致改变。这种“用化学来数数”就是群体感应。

每个细菌持续地制造并分泌一种叫自诱导物的小信号分子。随着群体在密闭空间里增长,自诱导物积累起来,于是它的浓度成了“邻里有多拥挤”的替身。当自诱导物越过一个阈值浓度,它就结合细胞内的一个受体或调控蛋白,后者随即开启(或关闭)一整套基因——而且常常加速自诱导物自身的产生,这是一种正反馈,使开关在达到“法定人数”后猛地一下扣响。不同物种用不同的自诱导物作为各自的私语,而一种更通用的信号则让混杂的群落估量总密度。要点在于:只有当群体大到值得这么做时,那种行为才启动。

群体感应是在群体、而非单个细胞层面的调控,它让细菌集体地做到任何孤立细胞都办不到的事。经典的例子是一种海洋细菌,只有当它密密麻麻地挤在乌贼的发光器官里时才发光——一个发光的细胞毫无意义,但亿万个聚在一起就产生有用的光。群体感应还协调生物膜的形成、病原体释放毒素、以及别的群体行为,这正是为什么破坏它正被作为一种解除感染武装的办法来研究。它干净地提醒我们:细菌的基因控制回答的不仅是“我的环境里有什么?”,还有“我们这儿有多少个?”

海洋细菌费氏弧菌只有在拥挤时才发光:每个细胞泄漏一种自诱导物,一旦足够多的细胞挤满乌贼的发光器官,自诱导物积累过阈值,便齐步开启发光基因。孤立的细胞保持黑暗;密集的群落发光。

用化学来数数:只有当我们够多时才行动。

群体感应间接地跟踪群体密度,靠的是分泌的自诱导物积累得有多高——并不是细菌真的在数细胞个数。在狭小或封闭的空间里,信号也可能反映扩散不畅,而不仅仅是细胞数量。

又称
bacterial cell-cell communicationautoinduction细菌通讯群感效应