噬菌體和宿主細(xì)菌隨著時(shí)間的推移共進(jìn)化。群體感應(yīng)（QS）系統(tǒng)在微生物信息交流中起著關(guān)鍵作用，其在細(xì)菌與噬菌體的相互作用中如何發(fā)揮作用？文章介紹了QS系統(tǒng)在細(xì)菌生物膜形成、噬菌體吸附、噬菌體裂解-溶原轉(zhuǎn)化、細(xì)菌與噬菌體協(xié)同進(jìn)化、噬菌體間信息交換等方面的作用，其中QS系統(tǒng)可以調(diào)節(jié)細(xì)菌的生理過(guò)程包括生物膜形成、功能因子表達(dá)以及代謝，同時(shí)會(huì)調(diào)控噬菌體裂解細(xì)菌的程度，是一種新的抑菌策略。

生物膜是自然條件下細(xì)菌在固體表面形成的物質(zhì)，有利于細(xì)菌的生存，細(xì)菌生物膜可以增加細(xì)菌對(duì)外部物理和化學(xué)環(huán)境的抵抗力，使細(xì)菌難以被殺死。QS系統(tǒng)通過(guò)信號(hào)分子調(diào)節(jié)胞外多糖、粘附素和其他物質(zhì)的合成基因，從而影響細(xì)菌生物膜的形成。而噬菌體可以通過(guò)解聚酶分解生物膜，裂解細(xì)菌，因此利用噬菌體破壞生物膜可作為獵殺病原菌的重要方式。圖1總結(jié)了QS介導(dǎo)生物膜影響細(xì)菌-噬菌體平衡的機(jī)制。

圖1 QS調(diào)控細(xì)菌生物膜和噬菌體之間的相互作用

由于細(xì)菌單個(gè)細(xì)胞之間的緊密結(jié)合，一些噬菌體受體被隱藏，導(dǎo)致噬菌體吸附率降低。因此生物膜結(jié)構(gòu)可以防止噬菌體進(jìn)入細(xì)菌群。相關(guān)研究表明噬菌體感染導(dǎo)致大腸桿菌和銅綠假單胞菌中QS基因表達(dá)水平顯著上調(diào)，生物膜增加。在某些情況下，噬菌體可以促進(jìn)細(xì)菌生物膜的形成。一些情況下噬菌體也能更有效地破壞生物膜。例如噬菌體相關(guān)基因產(chǎn)生的裂解酶可以分解生物膜的胞外多糖（如肽聚糖），這些成分的缺乏會(huì)阻礙生物膜的網(wǎng)絡(luò)連接；噬菌體尾巴上的裂解酶通常是隱藏的，當(dāng)尾巴與細(xì)菌接觸時(shí)，這些酶就會(huì)暴露出來(lái)。噬菌體尾部的酶可以幫助噬菌體分解細(xì)菌細(xì)胞壁；噬菌體進(jìn)入宿主后，噬菌體觸發(fā)宿主表達(dá)酶，通過(guò)相互作用機(jī)制降解生物膜；噬菌體也可以通過(guò)生物膜的疏水通道進(jìn)入生物膜，從而裂解膜上的細(xì)菌；噬菌體通過(guò)釋放宿主QS抑制劑（如乳糖），阻礙細(xì)菌個(gè)體之間的交流，促進(jìn)噬菌體對(duì)細(xì)菌的裂解。

在許多情況下，噬菌體不能徹底消滅宿主細(xì)菌。用噬菌體侵染8小時(shí)后，生物膜雖然解聚，游離細(xì)菌48小時(shí)后仍然存在。與噬菌體相比，添加與噬菌體相關(guān)的基因產(chǎn)物例如溶菌素，可以提高殺菌效率，同時(shí)避免毒性基因的傳播，減少細(xì)菌耐藥性的發(fā)生。由于天然噬菌體中存在細(xì)菌生物膜分解基因，可以提高噬菌體對(duì)細(xì)菌的殺滅效率。

二、細(xì)菌QS系統(tǒng)參與噬菌體吸附及裂解-溶原轉(zhuǎn)化

細(xì)菌表面結(jié)構(gòu)有很多噬菌體吸附的結(jié)合位點(diǎn)，包括fagella、pili和其他表面蛋白質(zhì)。細(xì)菌QS系統(tǒng)可以阻止噬菌體的吸附，一方面在沒(méi)有信號(hào)分子的情況下，噬菌體通過(guò)與細(xì)菌fagella或fmbriae受體結(jié)合，吸附到細(xì)菌上。細(xì)菌產(chǎn)生QS或外源信號(hào)分子可以掩蓋細(xì)菌fagella或pili的正常形態(tài)，導(dǎo)致噬菌體吸附效率降低。另一方面在沒(méi)有信號(hào)分子時(shí)，噬菌體通過(guò)與宿主細(xì)菌的表面蛋白受體結(jié)合來(lái)吸附到宿主細(xì)菌，細(xì)菌產(chǎn)生QS或外源信號(hào)分子可以抑制某些細(xì)菌表面蛋白的表達(dá)，從而阻止噬菌體吸附（圖2）。例如外源AHL信號(hào)分子可以抑制大腸桿菌表面蛋白LamB的表達(dá)，從而阻斷噬菌體的吸附；細(xì)菌在其代謝活動(dòng)中釋放一種膜，稱為外膜囊泡（OMV），可以欺騙噬菌體進(jìn)而保護(hù)宿主細(xì)菌并阻止噬菌體的DNA復(fù)制。通過(guò)QS系統(tǒng)介導(dǎo)OMV的形成可以阻止噬菌體吸附。

圖2 QS系統(tǒng)阻止噬菌體吸附

群體感應(yīng)（QS）系統(tǒng)可以控制噬菌體裂解-溶原轉(zhuǎn)化（圖3）。一些研究人員在霍亂弧菌中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)QS系統(tǒng)環(huán)，由細(xì)胞質(zhì)受體轉(zhuǎn)錄因子（LuxR-solo、VQMA）和3,5-dimethylpyrazin-2-ol（DPO）組成。VQMA蛋白由原噬菌體VP882同時(shí)編碼。噬菌體蛋白VQMA與霍亂弧菌產(chǎn)生的DPO結(jié)合后蛋白質(zhì)失活，導(dǎo)致噬菌體裂解轉(zhuǎn)化。這表明噬菌體通過(guò)編碼QS組分，將宿主細(xì)胞密度信息整合到裂解-溶原決定中。激活QS途徑使弧菌噬菌體（VP882）產(chǎn)生Qtip，Qtip通過(guò)干擾前原菌體抑制因子（cIVP882）促進(jìn)宿主細(xì)胞的裂解。此外，噬菌體裂解受cAMP受體蛋白CRP介導(dǎo)的細(xì)胞代謝狀態(tài)控制。代謝是細(xì)菌生存的重要部分，利用細(xì)菌代謝實(shí)現(xiàn)噬菌體增殖可提高噬菌體的活力。

圖3 QS系統(tǒng)控制噬菌體裂解-溶原轉(zhuǎn)化

三、細(xì)菌QS系統(tǒng)介導(dǎo)細(xì)菌噬菌體生態(tài)進(jìn)化

生物在生存競(jìng)爭(zhēng)中需要不斷進(jìn)化，以保持對(duì)捕食者的相對(duì)適應(yīng)性。盡管細(xì)菌有多種機(jī)制抵抗噬菌體，但噬菌體的數(shù)量是細(xì)菌的10倍?？剐跃昕梢詴簳r(shí)逃避噬菌體捕食，但隨后出現(xiàn)的噬菌體群體會(huì)再次感染進(jìn)化后的細(xì)菌。噬菌體的快速反應(yīng)能力主要是由于其快速增殖能力和基因組的高度可塑性。除了與傳統(tǒng)細(xì)菌受體結(jié)合外，噬菌體還可以通過(guò)修飾受體結(jié)合蛋白來(lái)選擇新的受體。細(xì)菌的群體信號(hào)分子可以通過(guò)調(diào)節(jié)CRISPR-Cas系統(tǒng)的活性增強(qiáng)對(duì)噬菌體的抗性。通過(guò)噬菌體介導(dǎo)的水平轉(zhuǎn)移基因，細(xì)菌可以更好地適應(yīng)新的環(huán)境。在抗生素的壓力下，自感信號(hào)分子（AI-2）可誘導(dǎo)噬菌體編碼的毒力基因在細(xì)菌中的表達(dá)水平。

噬菌體之間存在信息交流。研究表明噬菌體可以編碼一個(gè)獨(dú)特的噬菌體類似QS系統(tǒng)來(lái)確定裂解溶源轉(zhuǎn)換的時(shí)間。如spBeta噬菌體的裂解狀態(tài)可通過(guò)小分子通訊系統(tǒng)確定。當(dāng)感染芽孢桿菌時(shí)，噬菌體產(chǎn)生6aa通訊肽，釋放到培養(yǎng)基中，子代噬菌體根據(jù)6aa通訊肽的濃度確定是否裂解宿主。兩代噬菌體之間的這種信號(hào)交換延長(zhǎng)了噬菌體的存活時(shí)間。

細(xì)菌與噬菌體已經(jīng)共存了數(shù)十億年，進(jìn)化出許多生存策略。QS系統(tǒng)廣泛存在于細(xì)菌或噬菌體中，在細(xì)菌與噬菌體的相互作用中起著至關(guān)重要的作用。細(xì)菌可以通過(guò)QS系統(tǒng)抑制噬菌體的感染。相反，噬菌體可以通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)菌QS系統(tǒng)跨越宿主的防線。在自然環(huán)境中，細(xì)菌與噬菌體的相互作用涉及復(fù)雜的種內(nèi)和種間信息交換，QS系統(tǒng)如何介導(dǎo)細(xì)菌-細(xì)菌、細(xì)菌-噬菌體和噬菌體-噬菌體相互作用的機(jī)制值得進(jìn)一步探究。