鼠疫杆菌菌株在麦芽糖培养基环境下对应的生长曲线图
鼠疫或黑死病已造成2亿多人死亡，鼠疫仍然是最具破坏性的细菌性流行病。鼠疫是由鼠疫耶尔森菌引起的人畜共患病主要通过跳蚤在哺乳动物间传播。鼠疫耶尔森菌属于革兰阴性小杆菌，物鞭毛，兼性厌氧，可在普通培养基中生长。黑死病的病原体是鼠疫耶尔森氏菌，通过一种称为群体感应的过程来感知自身产生的、分泌的化学信号。虽然与之密切相关的肠道致病菌假结核杆菌利用群体感应系统调节运动，但群体感应在鼠疫杆菌中的作用机制尚不清楚。在本论文研究中，研究人员对鼠疫杆菌进行了转录分析实验，以确定鼠疫杆菌群体感应调节功能。
Bioscreen全自动生长曲线分析仪的应用
应用全自动生长曲线分析仪Bioscreen测试了鼠疫杆菌和鼠疫杆菌菌株突变体在麦芽糖培养基环境下对应的生长曲线图（OD600），对比了不同类型的鼠疫杆菌（突变体菌株和原始菌株）的生长情况，并计算了对应的O600值上的差异。测试的生长曲线的周期为2天，培养过程中各菌株的摇晃、生长及OD值的测试全是自动完成的，从而获得AHLs对突变体鼠疫杆菌和常规鼠疫杆菌的生长情况的影响的相关数据。
实验结果
在对鼠疫杆菌的研究中发现对基于酰基同聚丝氨酸内酯的群体感应控制了鼠疫杆菌本身的几种代谢功能的表达。利用酰基-同丝氨酸内酯信号通路诱导麦芽糖发酵和乙醛酸旁路反应。这种效应在温度为30度时被观察到，这表明在低于正常哺乳动物温度的温度下，鼠疫杆菌的群体感应具有调节新陈代谢的潜在作用。从而鼠疫杆菌可以利用替代碳源促进生长和/或在营养来源有限的自然生境中长期生存，有助于维持鼠疫杆菌的生存。
图1、鼠疫杆菌群体感应分子的鉴定。图A表示的是R88 Y.鼠疫菌(实心圆)与R115 QS-Y.鼠疫菌(空心圆)生产的14C标记AHL的HPLC分馏图谱。图B表示的是通过在指定的时间点将无细胞上清液添加到一株会对AI-2反应为生物发光(RLU)的V.harveyii报告株中进行监测，监测R88 Y.鼠疫杆菌(实心圆)和R115菌(空圆)生长过程中产出AI-2和AHL的情况。图C和图D分布表示的是AI-2(C)和AHL(D)的生长情况。
图2、Ahl的QS调节次生代谢。从指定菌株中分离RNA，按材料和方法采用qRT-PCR检测mRNA水平。数据代表了每个突变体与R88品系之间转录差异的三倍测量平均值，R88品系的转录差异归一化为每个样本的16S rRNA，代表了至少三个独立实验。
图3、AHLs上调麦芽糖操纵子的含量，促进菌株在麦芽糖环境下的生长。(A)野生型菌株(WT)(黑色)和AHL突变体菌株的生长曲线图(短横线)，将鼠疫杆菌置于最小麦芽糖培养基(浅灰色虚线)中，在Bioscreen C全自动生长曲线分析仪的微孔板中培养，并对其生长情况进行监测。(B)AHL突变菌与pypeIR(黑色，虚线)或yspIR(灰色，虚线)可在麦芽糖上恢复生长，而控制质粒(黑色，实心)则不能生长。
图4、群体感应调节糖的发酵。(A)在含有刚果红和0.2%麦芽糖的LB平板上生长96小时后的菌落表型，并在指示温度下孵育。鼠疫杆菌将麦芽糖发酵成酸，将刚果红转化为黑，而yspIR ypeIR突变体则不会。这种发酵不会发生在温度超过30度或其他糖的条件下。（B）鼠疫杆菌在固体培养基上厌氧培养96 h，培养温度为28度。刚果红是一种指示剂染料，在生产发酵最终产品时变暗。R114和R115中yspIR和ypeIR的缺失导致了麦芽糖在厌氧条件下发酵的滞后。1=Y.假结核杆菌;2=R88;3=R502;4=R115
图5、AHL群体感应上调乙醛酸旁路并促进醋酸盐的生长。(A)将R88(黑色)和R115 AHL无突变鼠疫杆菌株(虚线)在最小醋酸盐培养基(浅灰色仅为培养基对照)中生长，并应用Bioscreen C全自动生长曲线分析仪上的微孔板上监测其菌株的深情况。（B）AHL突变菌与pypeIR(黑色虚线)或pyspIR(灰色虚线)可以在醋酸盐环境中恢复生长，而对照质粒(黑色固体实线)则不能。
总结
鼠疫杆菌是由一种由鼠疫耶尔森氏菌引起的人畜共患病主要通过跳蚤在哺乳动物间传播的疾病，而黑死病的病原体是鼠疫耶尔森氏菌，是通过一种称为群体感应的过程来感知自身产生的、分泌的化学信号。虽然与之密切相关的肠道致病菌假结核杆菌利用群体感应系统调节运动，但群体感应在鼠疫杆菌中的作用机制尚不清楚。研究人员对鼠疫杆菌的转录分析实验，以确定鼠疫杆菌群体感应调节功能。为了获得鼠疫杆菌群体感应调节功能的相关机制，研究人员应用了芬兰Bioscreen C公司开发的全自动生长曲线分析仪研究不同类型的鼠疫杆菌菌株（鼠疫杆菌菌株、不同类型的鼠疫杆菌突变体）在以麦芽糖培养基为碳源的基质中生长情况，并且同步研究这些鼠疫杆菌在不同温度下（30度，37度）的生长情况（OD600），获得相关生长曲线分析图。由于Bioscreen C全自动生长曲线分析仪具有可以实现对不同菌株培养过程中摇晃、生长及OD值的测试全部是自动完成，而常规的酶标法测试OD值需要一个一个的去测试，因此该设备的高通量方法也为研究人员节省大量时间，并提供了非常可靠的关于进行了鼠疫杆菌突变体和常规鼠疫杆菌的生长曲线数据图，也为研究人员了解群体感应在鼠疫杆菌中的作用机制提供了非常重要的数据，研究人员提出群体效应（QS）对鼠疫杆菌在长期的营养限制期间对碳的利用是以一种可能最大化细菌生长和长期的方式在野外生存的机制，这说明全自动生长曲线分析仪Bioscreen C为在研究鼠疫杆菌的相关研究方面具有很好的应用前景。
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