コミュニティクォーラムセンシングのシグナル伝達と消光: 微生物粒状バイオフィルムの集合

npj Biofilms and Microbiomes volume 1、記事番号: 15006 (2015) この記事を引用

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メトリクスの詳細

機能的活性汚泥におけるクオラムセンシング（QS）シグナルの勾配の役割を調査した最近の報告は、シグナル伝達の合成と分解の共有システム、あるいはクオラムクエンチング（QQ）がコミュニティ全体にQS生物学の手段を知らせているのかどうかという疑問を提起した。綿状および顆粒状のバイオフィルムの集合を調節します。

この研究では、そのような非常に多様な微生物バイオフィルムコミュニティにおける種の起源とQSおよびQQ活動の相互作用的な役割を調査することを目的としました。

ここでは、そのような目的は、2つの関連しながらも独立して進化した綿状汚泥群と粒状汚泥群集を使用して、包括的な多角的なRNA配列決定、微生物学的および分析化学実験的アプローチによって体系的に取り組まれました。

私たちのデータは、2 つの群集の QS と QQ の潜在力の間に明らかな違いがあり、異なる種が主に QS 機能または QQ 機能のいずれかを示すことを明らかにしました。綿状汚泥コミュニティは高い QQ 活性率を示し、この率は分解の特異性を示すアシル鎖長に依存していました。綿状バイオマスが粒状汚泥に変化すると、コミュニティの QQ 活動は 30% 減少しました。アシル鎖上の炭素数が4〜8のN-アシルホモセリンラクトンは顆粒段階で蓄積し、その濃度は綿状段階の濃度より少なくとも3倍高かった。これらの発見は、フロックから顆粒への移行中に、潜在的なシグナル消光者から生産者への優勢種の大きな変化が観察されたメタ群集分析を裏付け、群集の行動を調整する際の種の組成と関連するシグナル伝達活動の役割を示しました。

この研究は、QQ が群集レベルの QS シグナル伝達の調節において重要な機能を持っていることを示唆しており、複雑な群集集合における QS 生物学の役割についての機構的な洞察を提供します。

ほとんどの自然生態系および人工生態系では、細菌は主に構造化された群集、一般に微生物バイオフィルムとして知られる集合体に存在します。1 これらの微生物共同体は、さまざまな代謝能力を備えた数百から数千の細菌種で構成され、集合的に群集レベルの特性を示します。複雑なバイオフィルムの全体的な構成と機能は、通常、異なる微生物種間の相互作用によって駆動されます。 1,3 このような複雑な複数種のバイオフィルム内の種間相互作用のダイナミクスを理解することは困難ですが、重要です。主要な生態系機能を制御および規制します。これらには、例えば、水および廃水処理、またはバイオフィルム関連疾患の治療のための、非常に安定で持続可能な微生物群集の工学技術が含まれる。

多くの場合、種間の相互作用には、小さな拡散性シグナル伝達分子を介したコミュニケーション、一般にクオラムセンシング (QS) と呼ばれるメカニズムが含まれます。3 多くの細菌は、QS を利用して、バイオフィルム形成、外酵素産生、病原性因子分泌などの集団行動を同期させますが、これらに限定されません。 4,5 N-アシルホモセリンラクトン (AHL) 媒介 QS システムは、最もよく特徴付けられている細菌コミュニケーションシステムの 1 つであり、さまざまな環境から分離されたプロテオバクテリアの約 10% に存在します。生態学的ニッチ。6–8 コミュニティの複数のメンバーが同じクラスのシグナル伝達分子を共有しているため、異なる種の細菌間、さらには異なるドメインの生物間でのクロストークやコミュニケーションが可能です。9–12 たとえば、Burkholderia cepacia は、 AHL は、共培養中の緑膿菌によって放出され、QS 活性の非存在下で個別の非混合マイクロコロニーが形成されるのとは対照的に、混合マイクロコロニーの形成を引き起こします。嚢胞性線維症患者の喀痰13、微生物マット14、第一胃15、下水処理場16、17など、多様な生息地が含まれます。これらの発見は、ほとんどの生息地では地域レベルのQSシグナル伝達が重要である可能性が高いことを示唆しています。実際、複雑な混合種の汚泥バイオフィルムの形成および微生物顆粒の集合における AHL 媒介 QS の役割が、最近それぞれメンブレンバイオリアクター 18 およびシーケンスバッチリアクター (SBR) 19 で実証されました。 SBR については、特定の AHL の in situ 産生が微生物顆粒の形態形成と強く正の相関があることが判明しました。 AHL 濃度の上昇は顆粒の形成に関連していましたが、濃度の低下は顆粒の崩壊とフロックへの変換と同時に起こりました 19。最も重要なことは、これらのプロセスが顆粒群集における多様な微生物種の豊富さと密接に関連していたことです。しかし、そのような相互作用が、複雑な群集内の系統的に異なる個々の種の間でどのように達成され、調整されるのかは不明である。

環境内での QS 挙動を制御するメカニズムの 1 つは、効果的な QS シグナル伝達にとって重要なシグナル濃度の制御によるものです。環境中のシグナル濃度は、コミュニティのメンバーによる特定の酵素シグナル分解活性またはクオラムクエンチング (QQ) を介して制御される可能性があります。 QQ はさまざまな微生物種で実証されていますが 20-23、生態学的役割と QS シグナル伝達に対する QQ の影響はほとんど知られていないままです。ここでは、コミュニティ QS シグナリングの調節器または調節器としての QQ の役割を調査しました。複雑な綿状汚泥群集をモデルとして使用したところ、AHL 依存性 QQ は、多様な起源の群落メンバーによって媒介され、活性かつ特異的であることが判明しました。粒状汚泥バイオフィルムへの綿状バイオマスの集合は、群集の競合するQSおよびQQ活動と逆相関しており、群集レベルのQSシグナル伝達と行動の調整におけるQQの重要な機能を示唆している。

水再生プラント（ウルパンダン、シンガポール）からの綿状汚泥コミュニティを播種した SBR（10×76.4 cm、直径×高さ）を 22 °C で 82 週間運転しました24。汚泥培養には合成廃水（ SWW) は、炭素源として酢酸塩 1 リットルあたり化学的酸素要求量 150 mg、プロピオン酸塩 1 リットルあたり化学的酸素要求量 50 mg、アンモニウム 20 mg/l、オルトリン酸 10 mg/l および微量栄養素元素から構成されています。 25 バイオリアクターの最終作業量は 4 でした。 l. バイオリアクターの操作には、嫌気期、好気期、無酸素期の 2 つの連続段階を含む 5 時間のサイクルが含まれていました。サイクルごとに総量 1 リットルの SWW が供給され、水圧保持時間は 20 時間となりました。バイオリアクターのpHは、9.12 g/l HClまたは10.0 g/l NaOHのいずれかの投与によるプログラマブルロジックコントローラーの制御下で6.7～8.2の間に維持されました。バイオリアクターのシステムパフォーマンスは、毎週のサイクル研究を通じて監視されました。アンモニウム、亜硝酸塩、硝酸塩およびオルトリン酸塩の濃度、ならびに汚泥バイオマス、すなわち混合液懸濁固体および混合液揮発性懸濁固体の濃度は、米国公衆衛生協会 (APHA) の標準工学的手法に従って決定されました。26無酸素期間の終わりに、汚泥サンプルの 1 ミリリットルアリコートを収集しました。汚泥バイオマスは遠心分離 (5 分、8000 g、4 °C) 後すぐに収集され、その後の RNA 分析のために -80 °C で保存されました。同様に、後の AHL 分析のために、サンプリング直後に処理排水の 50 ml アリコートを -80 °C で保存しました。 40～44週目に、SBRからの綿状汚泥培養物の一部を収集し、2番目のSBR（6×200cm、直径×高さ）の播種に使用しました。 2 番目の SBR は、微生物顆粒の形成を促進するために、いくつかの変更を加えた最初の SBR に従って操作されました (以前に詳細に説明したように)。 19 簡単に説明すると、2 番目の SBR は、水圧保持時間 12 時間、沈降時間各サイクルの所要時間は、反応器運転の最初の 5 週間で 60 分から 5 分に短縮されました。19 ここで、顆粒は、最小粒径 100 μm および汚泥体積指数 (SVI5、バイオマス密度/緻密さの尺度) を持つ緻密な凝集体として定義されました。 ) は 50 ml/g 以下、19,27、一方、フロックは粒子直径が 100 μm 以下で SVI5 が少なくとも 50 ml/g の緩く凝集したバイオマスでした。

Agrobacterium tumefaciens A136,28 Chromobacterium violaceum CV026 (参考文献 29) および Escherichia coli pJBA357,30、ならびに緑膿菌 MH602 (参考文献 31) および E. coli JM109 (参考文献 32) を含む AHL バイオセンサーは、Luria で定期的に維持されました。ベルターニのミディアム。必要に応じて、次の抗生物質を増殖培地に補充しました:テトラサイクリン (4.5 μg/ml)、スペクチノマイシン (50 μg/ml)、カナマイシン (50 μg/ml)、アンピシリン (100 μg/ml)、またはゲンタマイシン (40 μg/ml) ）。これらの細菌株の遺伝子型は補足表S1にリストされています。培養物を 30 °C で 24 ～ 48 時間インキュベートしました。

合成 AHL (>97%) は Sigma-Aldrich (シンガポール) から購入しました。各 AHL は、C4-HSL (N-ブチリル-DL-ホモセリンラクトン)、C6-HSL (N-ヘキサノイル-DL-ホモセリンラクトン)、3OC6-HSL (N-(3-オキソヘキサノイル)-DL-) の頭字語で表されました。ホモセリンラクトン）、C7-HSL（N-ヘプタノイル-DL-ホモセリンラクトン）、C8-HSL（N-オクタノイル-DL-ホモセリンラクトン）、3OC8-HSL（N-(3-オキソオクタノイル)-l-ホモセリンラクトン）、 C10-HSL (N-デカノイル-DL-ホモセリンラクトン)、3OC10-HSL (N-(3-オキソデカノイル)-L-ホモセリンラクトン)、C12-HSL (N-ドデカノイル-DL-ホモセリンラクトン)、3OC12-HSL ( N-(3-オキソドデカノイル)-L-ホモセリンラクトン)、3OHC12-HSL (N-(3-ヒドロキシドデカノイル)-DL-ホモセリンラクトン)、C14-HSL (N-テトラデカノイル-DL-ホモセリンラクトン)、および 3OC14-HSL ( N-(3-オキソテトラデカノイル)-L-ホモセリンラクトン)。

ジメチルスルホキシド（Sigma-Aldrich）に溶解した合成 AHL を個別に、または汚泥培養小宇宙（バイオリアクターから採取）と組み合わせて、AHL ごとに 5 μM で添加し、一定の振盪（200 rpm）しながら 22 °C でインキュベートしました。異なる時点で各小宇宙からサンプルを収集し、遠心分離 (10 分間、8000 g) によって汚泥バイオマスを除去しました。汚泥上清中の残留 AHL は、以下に説明するように、高速液体クロマトグラフィー - タンデム質量分析計 (島津製作所、シンガポール) によって抽出および定量されました。熱不活化スラッジと SWW コントロールが含まれていました。汚泥バイオマスへの AHL の吸着は、添加直後および 1 時間のインキュベーション後の SWW および加熱不活化汚泥対照中の残留 AHL を比較することによって決定されました。各汚泥微小宇宙 (バルク液体) の pH は研究全体を通じて監視され、6.7 ～ 6.9 の範囲でした。 AHL の完全性に対する pH の影響も、6.7 ～ 8.3 の範囲の異なる pH 値で緩衝化された SWW に合成 AHL を添加することによって評価されました。線形および非線形回帰曲線は、Prism (GraphPad、米国カリフォルニア州サンディエゴ) を使用してモデル化されました。シグナル半減期は、ゼロおよび一次反応速度論に基づいて推定されました。33

バイオリアクターで処理した流出液または汚泥上清からの AHL の検出と定量は、Tan et al.19 の記載に従って実施しました。簡単に言うと、AHL はジクロロメタン (Sigma-Aldrich) を使用して上清から抽出および濃縮されました。ジクロロメタン抽出物は、高速液体クロマトグラフィー - タンデム質量分析計システム (Shimadzu LCMS8030、島津製作所) を使用して分析および定量されました。すべてのサンプルを、流速０．３ｍｌ／分で高速液体クロマトグラフィー（Ｓｈｉｍ－ｐａｃｋＸＲ－ＯＤＳＣ１８カラム）によりクロマトグラフィーにかけた。移動相は、溶媒 B (0.1% ギ酸を含むメタノール) と溶媒 A (0.1% ギ酸を含む 25 mM ギ酸アンモニウム) の直線勾配 (40 ～ 95%) で構成されました。溶出液は、ポジティブモードでのエレクトロスプレーイオン化によってイオン化され、多重反応モニタリングアプローチを使用して検出されました。14,34 すべての AHL に対してマトリックス一致多重反応モニタリング実験が実施されました。19 特定の液体クロマトグラフィー (LC) 保持を含む、各標準多重反応モニタリングプロファイル時間、前駆体イオン m/z と 2 つの遷移イオンの出現、および 2 つの遷移イオンの相対強度を基準として使用しました。推定上の AHL の同一性を確認するために、プリカーサーイオンスキャンモードと組み合わせた m/z 100 ～ 350 の範囲のフルスキャンを実行して、標準 AHL と比較しました 14。 0.5～200μg/lを構築した。それぞれの AHL に特徴的な 2 つの遷移イオンを使用して AHL を特定し、最も強度の高い遷移イオンを使用して標準曲線を作成しました。分析物のピーク面積は、LabSolutions (島津製作所) を使用して統合されました。各 AHL の検出限界と定量限界は、信号対雑音比 3.3 と 10 でそれぞれ計算されました。14 サンプル中の各推定 AHL の量は、標準曲線とそれぞれの抽出効率に基づいて計算されました。 AHL。各 AHL の抽出効率は、熱不活化汚泥上清サンプルマトリックスに 5 および 50 μg/l で添加された標準 AHL の回収率に基づいて計算されました。サンプルのキャリーオーバーを避けるために、サンプル注入の間隔でブランク注入を実行しました。

バイオリアクター操作の 40 週目から 44 週目まで、合計 5 つの独立した分離実験が実行されました。毎回、操作サイクルの終了時に均一に混合された汚泥サンプル 20 ml がバイオリアクターから収集されました。汚泥サンプルを 5 分間激しくボルテックスして綿状細胞を分散させ、段階希釈して次の培地に広げました: 栄養ブロス、R2A、シュードモナス単離液、それぞれ 1.5% (w/v) 寒天を補充した SWW および ABT35。プレートを 22 °C で 5 日間インキュベートしました。異なるコロニー形態を持つ合計 330 株が単離され、リボソーム DNA (rDNA) 遺伝子配列決定によって同定されました。

16S rDNA 遺伝子を標的とするユニバーサルプライマー 27F (5'-AGAGTTTGATCMTGGCTCAG-3') および 1492R (5'-ACGGTTACCTTGTTACGACTT-3') を細菌の配列決定に使用しました 36。一方、プライマー ITS1 (5'-TCCGTAGGTGAACCTGCGG-3') および ITS4 (5'-TCCTCCGCTTATTGATATGC-3') を使用して内部転写スペーサー領域の配列を決定し、真菌を同定しました。37 配列決定は Big Dye Terminator (Applied Biosystems、シンガポール) を使用して実行されました。配列は、DNA Baser 配列アセンブラー v3.5.2 (Heracle Biosoft、www.DnaBaser.com) を使用して組み立てられ、BLAST、Greengenes、および SILVA などのオンライン配列類似性検索ツールを使用して照合されました。この研究で得られた分離配列は、GenBank 経由でアクセッション番号 KC252636 ～ KC252965 で入手できます。

A. tumefaciens A136 バイオアッセイでは、50 μg/ml の 5-ブロモ-4-クロロ-3-インドリル-bD-ガラクトピラノシド (X-gal) を含む ABT インジケーター寒天 35 を調製しました。一方、C には Luria-Bertani 寒天を使用しました。 . violaceum CV026 バイオアッセイ。バイオセンサーの一晩培養物10μlをインジケータープレート上にスポットし、分離株の一晩培養物10μlをバイオセンサースポットから5mm離して置き、30℃で48時間インキュベートしました。 in situで生成されたAHLは、大腸菌JBA357バイオセンサーを使用して検出されました。簡単に説明すると、5倍希釈した大腸菌JBA357の一晩培養物100μlを96ウェルプレート内のサンプル100μlに添加し、200rpmで一定に振盪しながら22℃で4時間インキュベートした後、共焦点レーザー走査型顕微鏡（ Zeiss LSM 710、Carl Zeiss Pte. Ltd.、シンガポール）、励起/発光波長 488/522 ～ 535 nm。大腸菌 JM109、緑膿菌 MH602、および合成 AHL が対照として含まれました。

AHL (3OC6-HSL、3OC8-HSL、および 3OC12-HSL) を分離株の一晩培養物に 5 μM で個別に添加し、200 rpm で一定に振盪しながら 22 °C で 2 時間インキュベートしました。遠心分離と紫外線滅菌後、A. tumefaciens A136 バイオアッセイを使用して残留 AHL を定量しました 38,39。簡単に言うと、それぞれ幅 1 cm の 6 本の寒天バーを ABT インジケータープレートから無菌的に切り出しました。 5 マイクロリットルのサンプルを寒天棒の一端にスポットしました。 A. tumefaciens A136 の一晩培養液約 0.5 μl を、ロードしたサンプルから徐々に離れた位置にスポットしました。プレートを 30 °C で 24 時間インキュベートしました。 pH 6.7、7.2、および 10.2 の Luria-Bertani に添加された AHL、および大腸菌 JM109 培養物が対照として含まれました。すべての一晩培養物の pH は、実験終了時までに <7.3 であると測定されました。

16S rDNA 配列は、ClustalW マルチプルアラインメントパッケージ (http://www.mbio.ncsu.edu/bioedit/bioedit.html) によってアラインメントされ、すべての配列をカバーするコンセンサス領域がさらなる分析のために選択されました。整列された配列は、MEGA4 (http://www.megasoftware.net/mega4/mega.html) によって提供される隣接結合法 40 を使用して系統樹構築に供されました。最尤ブートストラップ分析は 1,000 回の反復で実行されました。

メーカーのガイドラインに従って、FastRNA Pro Soil-Direct キット (MP Biomedicals、シンガポール) を使用して、総 RNA を汚泥から抽出しました。抽出したRNAをTURBO DNA-freeキット(Applied Biosystems)を用いてDNA除去した。合計 RNA 200 ng を、製造業者 (Illumina、シンガポール) の指示に従って、相補的な DNA ライブラリーの調製に使用しました。各相補的 DNA ライブラリーは、サンプル多重化のために固有のアダプター配列とライゲーションされました。合計 16 の異なる相補的 DNA ライブラリーがプールされ、MiSeq System (Illumina) によって配列決定されました。 RNA シーケンスデータは、記載されている高速タグベースの方法を使用して分析されました。19 簡単に説明すると、16S rRNA 超可変領域 (V6) のユニバーサルプライマー (5'-CGACRRCCATGCANCACCT-3') を使用して各シーケンスリードをスキャンし、プライマーの下流には 33 ヌクレオチドのタグ配列がすべてあり、33 ヌクレオチドの配列は 16S rRNA 遺伝子の V6 タグとして定義されます。ユニバーサルプライマーは、RDP データベースの 16S rRNA 配列の 94% と一致します。41 シークエンシングエラー由来の V6 タグを排除するために、少なくとも 2 つの異なるリードで観察された V6 タグのみを分析用に保持しました。さらに、単一タイプのシーケンシングリードが、その V6 タグをカバーする全リードの約 50% を占めた場合、V6 タグは削除されました。これは、単一のテンプレートから同一の重複リードが生成される場合のシーケンスアーティファクトを排除するために行われました。

すべての統計分析は、Prism (GraphPad) または R (www.r-project.org) を使用して実行されました。ホルム・シダックの多重比較試験は、異なるサンプル中の AHL の半減期を比較するため、または異なる汚泥サンプル間の AHL 発現を調べるために実行されました。ピアソン相関係数が決定され、すべての多重相関に対して誤検出率補正が行われました。相関行列は、Cluster 3.0 でコード化された完全結合のユークリッド距離に基づく教師なし階層クラスタリング手法を使用してクラスタリングされ、Java TreeView (オープンソースクラスタリングソフトウェア、東京、日本) を使用して視覚化されました。

硝化、脱窒、リン除去を同時に行う非常に多様な綿状汚泥コミュニティバイオリアクターを実験システムとして使用しました（補足図S1）。 AHL 特異的な QQ 活性がこのモデルシステムに存在するかどうかを判断するために、合成 AHL を個別にまたは混合物として綿状汚泥に添加し、信号劣化の速度を特徴付けました。 AHLの約10〜30％はバイオマスへの吸着により失われ、残りの70〜90％のシグナルの損失は生物活性に起因すると考えられました（補足図S2）。これは、加熱不活化汚泥の存在下でインキュベートした場合よりも、生きた汚泥の存在下での AHL 半減期が実質的に短いことから明らかでした (すべての AHL について P<0.05; 図 1)。生きたスラッジの存在下では、C3 位の置換に関係なく、シグナル半減期はアシル鎖の長さに反比例しました (図 1)。たとえば、短鎖シグナル C6-HSL および 3OC6-HSL の半減期は、それぞれ 1.95±0.45 時間および 2.57±0.29 時間でしたが、長鎖シグナル C12-HSL および 3OC12-HSL の半減期は、それぞれ 0.79±0.08 時間と 0.66±0.06 時間でかなり短くなりました。生きた汚泥微小宇宙のpHは6.7〜6.9で一貫しており、SWW緩衝対照のデータは、pH値6.7〜8.3の間ではAHLの自発的分解がほとんどないことを示しました（補足図S3）。したがって、ここで観察された AHL の損失は、受動的化学分解ではなく、能動的酵素消化によるものである可能性があります。

綿状汚泥中のアシル鎖長の関数に基づく N-アシルホモセリンラクトン (AHL) の分解。劣化値は信号半減期として表されます。非置換（ａ）およびオキソ置換（ｂ）ＡＨＬの混合物を、生（白丸）または熱不活化（黒丸）汚泥に、各ＡＨＬの最終濃度が５μＭになるまで添加した。汚泥混合物を室温で２００ｒｐｍで一定に振盪しながらインキュベートした。研究全体を通じて各汚泥混合物（バルク液体）のｐＨを監視し、ｐＨ６．７～６．９の範囲であった。残留 AHL を抽出し、LC-MS/MS を使用してさまざまな時点で定量しました。各 AHL のシグナル半減期は、0 次または 1 次反応速度論に基づいて推定されました。エラーバーは標準誤差 (n=3、生物学的反復) として定義されます。 Holm-Sidak 複数の t 検定 (各 AHL の生対照と熱不活化対照) が実行され、補正された P 値 (すべての比較ペアで P<0.05) が報告されます。

QQ 活性の特異性と綿状汚泥コミュニティにおけるシグナル生成の関係についてさらに洞察を得るために、50 の細菌属と 4 つの真菌属に対応する 307 株の細菌と 23 株の真菌が分離され、それらのシグナル生成能力がテストされました。またはAHLを劣化させます（補足表S2）。細菌分離株は、RNA配列決定によって特定されたコミュニティメンバー全体の3.5％を占めていました（補足表S3および4）。 AHL 産生は主に、大腸菌 JBA357、A. tumefaciens A13628、および C. violaceum CV026.29 などのさまざまなバイオセンサーの活性化に基づいて評価されました。その後、各推定シグナルプロデューサーの AHL プロファイルを LC-MS/MS を使用して決定しました。 AHL 分解は、短いアシル鎖 (3OC6-HSL)、中程度のアシル鎖 (3OC8-HSL)、および長いアシル鎖 (3OC12-HSL) を持つ AHL を使用してアッセイされました。綿状汚泥分離物の大部分 (65%) は、AHL シグナル生成物質または消光物質のいずれかでした (図 2)。 AHLを生成できる分離株はわずか約10％でしたが、58.1％もの分離株が検査したAHLの少なくとも1つを消失させることができました。比較的小さい割合の分離株 (4.8%) が AHL を生成し、AHL を消失させました。残りの 36.7% の分離株は AHL を生成も消失もしませんでした。すべての AHL クエンチャーは、長鎖 AHL、3OC12-HSL を不活化することができました。クエンチャーの 77% は長鎖 AHL のみを分解できますが、約 23% は長鎖 AHL と短鎖または中鎖 AHL を分解する可能性があります。

N-アシルホモセリンラクトン（AHL）を生成および/または消光する能力に応じた分離株の分布。 40～44週間のバイオリアクター運転中に、それぞれ細菌および真菌起源の307株と23株を含む合計330株の分離株が綿状汚泥群集から培養された。すべての分離株は、さまざまなバイオアッセイおよび LC-MS/MS によって AHL 産生についてスクリーニングされ、また、短い (3OC6-HSL)、中程度 (3OC8-HSL)、および長い (3OC12-HSL) で 5 μM の AHL をクエンチする能力についてスクリーニングされました。 2 時間のインキュベーション後のアシル鎖。残留 AHL は、A. tumefaciens A136 寒天ベースのスポットバイオアッセイを使用して定量されました。

16S rDNA 配列に基づく細菌分離株間の進化的関係は、QQ 活性に関連する特定のクレードがないことを示しましたが、AHL 生産菌はすべてアルファ、ベータ、またはガンマプロテオバクテリアとして分類されました (図 3)。これらの QS 分離株は、アシドボラックス、パントエア、リゾビウム、ロドバクター、スフィンゴモナス、ステノトロフォモナスなど、これまでに AHL を産生することが報告されている属に加え、フラテウリア、リソバクター、シネラなど、AHL を合成することが報告されていない新規の属を表していました (図3)。 LC-MS/MS 分析により、分離株は炭素数 4 ～ 14 の範囲のさまざまなアシル鎖長の AHL を生成したことがさらに明らかになりました (補足表 S5)。シグナルを生成するすべての分離株は、複数のタイプの AHL を合成し、複数の属/種が同じ AHL を生成する可能性があります (補足表 S2 および 5)。たとえば、9 つの細菌属のうち 6 つの分離株は、原位置の汚泥群集で検出される主要なシグナルである 3OC8-HSL (補足表 S5) を合成できました (補足図 S4)。対照的に、AHL クエンチャーは、プロテオバクテリア、放線菌、バクテリオデーテスおよびファーミクテス、および真菌の代表を含む 4 つの異なる細菌門に分類されました (図 3 および補足表 S2)。 QQ 分離株の一部は、Ochrobacterium、Variovorax、Bacillus、Rhodoccus など、AHL を分解すると一般に報告されている属に属していましたが、ここで同定された QQ 分離株のほとんどは、この活性を持つことはこれまでに示されていませんでした。これらの新規 QQ 微生物は、とりわけ、ノボスフィンゴビウム属、アシドボラックス属、ラインハイメラ属、ツカムレラ属、フラボバクテリウム属、カンジダ属全体に分布していました。興味深いことに、いくつかの分離株、例えばリゾビウム・ボルボリN065は、AHLの合成と分解の両方が可能でした。さらに、種レベルでも機能にはかなりの差異がありました。例えば、Ｓｔｅｎｏｔｒｏｐｈｏｍｏｎａｓｓｐ．の１０株。同一の 16S rDNA 配列を持つ株は AHL を生成できましたが、残りの 6 株は生成できませんでした (補足表 S2)。同様に、Stenotrophomonas maltophilia の場合のように、同じ種のすべての菌株が AHL を抑制できるわけではありません。各分離株の特定の QS および QQ 特性は、群集レベルでの AHL シグナル伝達が複雑であり、QS および QQ 種構成の変化がシグナル伝達によって調節される群集のさまざまな行動に異なる影響を与える可能性があることを示唆しています。

16S rDNA 遺伝子配列に基づく 100 の代表的な細菌分離株 (分類群) の進化的関係。各代表は、N-アシルホモセリンラクトン (AHL) 生成および/または消光特性の点での独自性によって選択されました。進化的関係は近隣結合法を使用して推定されました。 1,000 回の複製から推論されたブートストラップコンセンサスツリーは、分析された分類群の進化的関係を表すために採用されました。 50% 未満のブートストラップ複製で再現されたパーティションに対応するブランチが折りたたまれていました。樹木は縮尺通りに描かれており、枝の長さは進化の距離を反映しています。進化的距離は最大複合尤度法を使用して計算され、単位は部位あたりの塩基置換の数です。ギャップと欠落データを含むすべての位置がデータセットから削除されました (完全削除オプション)。最終的なデータセットには合計 1,031 の位置がありました。系統解析は MEGA4 で実施されました。 GenBank データベースから取得したアウトグループには下線が引かれています。単離された株は、プロデューサー (緑の三角形)、クエンチャー (青い四角)、プロデューサーおよびクエンチャー (赤い菱形)、プロデューサーでもクエンチャーでもない (白丸) として分類されます。 AHL 生成 (@) または AHL 分解 (*) 活性が文献で報告されている属を示します。太字で強調表示されている株を除き、各株に対して少なくとも 97% の配列同一性を持つ最も近い近縁株が示されています。

生物膜構造の観点から群集機能における種組成とシグナル伝達の役割を調査するために、2 つの独立した群集、すなわち綿状汚泥群集と粒状汚泥群落のシグナル伝達特性を比較しました。綿状汚泥バイオリアクターと粒状汚泥バイオリアクターの両方に、まず硝化、脱窒、リン除去を同時に行う綿状汚泥接種材料を播種し 24、綿状汚泥を維持するために操作するか、微生物顆粒の形成を促進するために条件を変更しました。両方のコミュニティの信号プロファイルが時間の経過とともに特徴付けられました。最も豊富な綿状汚泥群落メンバーの上位 50 位（RNA 配列による培養不可能なメンバーを含む）と原位置での個々の AHL 濃度のピアソン相関分析により、82 週間にわたる AHL 生産と負の相関がある群落メンバーの優位性が明らかになりました（図4、左パネル、クラスター 3)。ピアソン関係の約 72% が陰性として分類されましたが、綿状段階では 20% のみが陽性でした (図 4、左パネル)。負の関係の割合が高いことは、綿状汚泥コミュニティにおける QQ 分離株の割合が高いことと一致していました (図 2 および 3)。フロックが顆粒に変化すると、地域住民と AHL 濃度との負の相関関係が 72% から 38% に大幅に減少し、同時に正の関係が 20% から 54% に増加しました (図 4、右パネル) 19。したがって、これらの発見は、フロックから顆粒への移行中に、潜在的なシグナル消光体から生産体へのコミュニティの明確なシフトを示しています。したがって、粒状汚泥の QQ 活性は、綿状汚泥と比較して大幅に低下しました（補足図 S5）。たとえば、3OC8-HSL の半減期は、綿状汚泥と比較して粒状汚泥の方が約 28% 長かったです。さらに、3OC6-HSL、3OC8-HSL、C6-HSL、およびC8-HSLを含むAHLは、綿状段階と比較して粒状段階中に少なくとも3倍高い濃度まで蓄積しました（すべてのAHLでP <0.05）（補足図） S6)。特に、主要なシグナル 3OC8-HSL は、綿状段階の平均 25 pmol/g から粒状段階の 85 pmol/g まで増加しました (P<0.016)。 AHL 量の増加は、以前は細胞外高分子物質の発現増加と微生物顆粒の形成に関連していましたが、AHL レベルの減少は顆粒の分散と綿状バイオマスへの変換に関連していました 19。ここで、シグナル勾配は、群集の QQ 活動は、種の構成と関連する QQ 能力に依存します。したがって、競合する QS 活動と QQ 活動の間のバランスが、微生物の顆粒状バイオフィルムの集合など、コミュニティのシグナル伝達の挙動または機能を決定する可能性があります。19

綿状汚泥コミュニティ（左パネル）と粒状汚泥コミュニティ（右パネル）のシグナル伝達特性の比較。最も有力なコミュニティメンバーの上位 50 位（それぞれが固有の V6 タグで表される）の存在量と、経時的な N-アシルホモセリンラクトン（AHL）の濃度プロファイルとの関係は、それぞれの綿状汚泥と粒状汚泥のピアソン相関に基づいて計算されました。コミュニティ。ピアソン相関係数は色分けされており、強い正の相互作用 (+1、緑) から強い負の相互作用 (-1、赤) までの関係を示します。 ▲「材料と方法」セクションに記載されている分類分類パイプラインに基づいて未分類。適用可能な場合には、97% を超える配列同一性一致を有する最も近い親戚が示されています。多重比較の誤検出率補正が実行され、有意差は次のように示されます: *P<0.05、**P<0.01、***P<0.001。粒状汚泥コミュニティのシグナル伝達特性は、Tan et al.19 から採用されました。

種間相互作用の研究は、高密度のマトリックスに包まれた微生物群集の生理機能を体系的に理解するために重要です。微生物群集は現在、自然および人工生態系における細菌の主要な増殖様式であると広く認識されています。拡散性シグナル伝達分子を介したシグナル伝達は、多様な起源を持つ種間の重要な相互作用の 1 つであると提案されており 3、自然環境における複雑な群集がその場で QS シグナルを生成し、さまざまな群集の行動を制御するという証拠が増えています。14、16、18、19これらの発見は、複雑な群集におけるQSの役割を実証しましたが、複雑な群集におけるQSのQQ調節などの競合する活動がどのように媒介されるかという問題は、まだ解決されていません。 QS を介した群集行動のモデルとして微生物の顆粒集合体を使用したこの研究では、QQ が綿状汚泥における QS シグナルの蓄積を強力に抑制し (図 1)、したがって微生物顆粒の形成を阻害する可能性があることが示されました。粒状段階でのシグナル半減期の増加によって示されるように、QQ 抑制が部分的に緩和されると（補足図 S5）、シグナル濃度が大幅に増加しました（補足図 S6）。これは、QQ がコミュニティ QS シグナル伝達の効果的な調節因子である可能性があることを示唆しています。実際、膜バイオリアクターに外因性 QQ 酵素を添加すると、膜表面での混合種バイオフィルムの発達を遅らせることができます 18,43。私たちの研究では、QQ が多くの種間に強い影響を与える可能性がある複雑な群集の固有の機能であることをさらに確立しました。 AHL シグナル伝達に基づく相互作用。したがって、微生物マットの AHL シグナル伝達を強力に弱める高 pH (最大 9.4) の光合成によるサイクルなど、環境要因が QS シグナルのレベルの調節に支配的な役割を果たしているいくつかの自然生息地とは対照的に、我々は次のことを発見した。私たちのモデルシステムにおけるシグナルの不活化において、pH（最大<8.3）と物理的シグナル吸着は酵素活性よりも重要ではないこと（補足図S2および3）。したがって、これは、QQ 活性がシグナル除去の主要なメカニズムであり、したがって造粒ライフサイクルのさまざまな段階でシグナルレベルの重要な調節因子として機能することを示唆しています。

この研究で得られた結果に基づいて、肉芽系における全体的な AHL の蓄積は、コミュニティ内の QQ および QS 微生物の相対的な割合と活動に直接関連していると考えられます。 32の細菌属と4つの真菌属に相当する綿状汚泥群集からの分離株の60％もの多くがシグナル消光体であったのに対し、AHLを生成したのは分離株（9細菌属）のわずか10％でした（図2および3）。ここで観察された分離された AHL プロデューサーの割合は他の環境での観察と一致しています 7,8 が、AHL クエンチャーの頻度は他の研究で報告されているもの (分離株の約 5 ～ 15%) よりもかなり高いです 7,8。ここで検出された AHL クエンチャーは、通常 QQ 活性の検出に使用されていない長鎖 AHL を含む、さまざまな AHL をターゲットとして使用して QQ 活性を検査した結果である可能性があります。興味深いことに、AHL は、長鎖 AHL が優先的に不活化される現場で鎖長に依存して分解されました (図 1)。これは、より高い割合の分離株が長鎖 AHL を分解できるという観察と一致しています (100 %）を短鎖および中鎖 AHL（AHL クエンチャーの約 23%、図 2）と比較したものです。したがって、収集された分離株のスペクトルの QQ 活動は、より一般的に、原位置で群集全体によって分解されるシグナルの種類に反映されていました。この観察は、綿状汚泥コミュニティで特定された AHL のプロファイルとも一致しており、短いまたは中程度のアシル鎖を持つ AHL のみが低濃度で検出され、長いアシル鎖 ⩾10 炭素を持つシグナルはまったく検出されませんでした (補足図) S4)。ほぼすべての QS 分離株は少なくとも 1 つの長鎖 AHL を生成しました (補足表 S5)。これは、汚泥コミュニティがその場で長鎖シグナルを合成する能力を持っていることを示唆しています。したがって、汚泥中に長鎖 AHL が存在しないのは、生産菌株が存在しないためではなく、コミュニティによる特定の QQ 活動の結果である可能性が最も高くなります。

分離研究では、綿状汚泥コミュニティが信号消光剤によって支配されていることが示され (60%、図 2)、これはコミュニティ全体の分析にも反映されており、最も豊富なコミュニティメンバーの上位 50 の 70% 以上がシグナル消光剤と負の相関関係にありました。 AHL の蓄積 (図 4; 左パネル - クラスター 3)。多くの要因が負の関係に寄与している可能性がありますが、重要な要因の 1 つは、クラスター 3 コミュニティのメンバーがシグナルの蓄積に拮抗する潜在的なクエンチャーである可能性があることです。これを裏付けるために、クラスターメンバーの 1 つであるタグ 43 (Diaphorobacter nitroreducens R042) が単離され、AHL クエンチャーであることが確認されました (補足表 S2)。したがって、コミュニティ全体のプロデューサーと比較してシグナルクエンチャーの割合が高いことは、AHLの半減期が短く、したがって綿状段階でのAHL濃度が低いことを説明している可能性があります（図1および補足図S6）。逆に、バイオマスがフロックから顆粒に変化すると、群集の QS へのシフト、つまり正の相関があり、同時に QQ 生物の減少、つまり負の相関が見られました (図 4、右パネル)。たとえば、地域社会から分離されたシグナル生成菌である Lysobacter brunescens R037 (図 4、右パネル - 粒状汚泥中のタグ 6) は、綿状段階ではほとんど検出されませんでしたが、造粒中に非常に豊富でした 19。信号消光剤である D. nitroreducens R042 (図 4; 凝集汚泥中のタグ 43、粒状汚泥中のタグ 17 に相当) は、凝集汚泥中に非常に豊富に存在し、造粒中に大幅に減少しました 19。潜在的な QQ 生物から QS 生物への群集の移行が肉芽形成の直接的な原因であるかどうか、または肉芽形成が QQ 種よりも QS 生物の濃縮に有利に働くのかどうか、QS が支配的な群集と顆粒の両方の間の強い関連性、および QQ-支配的なコミュニティとフロックは、差別的なAHLシグナル伝達が肉芽形成などのコミュニティレベルの機能において重要であることを示唆しています。

ここで特定された QS 活動と QQ 活動の同時発生は、多くの生息地で共通している可能性があります。実際、プロテオバクテリア、バクテリオデテス属、ファーミクテス属および放線菌門を含む、AHL 生産者またはクエンチャーとして知られる生物は、最近、多様な環境に由来するシアノバクテリア 44,45 アシドバクテリア 46 バクテリオデテス 47-49 および古細菌 50 を含むように拡張されました。さらに、これらの種の多くは、第一胃、15,51 微生物マット 14、土壌/根圏などの同じ生息域に共存しています。7,8 これは、非常に多くの微生物が存在する使用済み水処理施設にも当てはまる可能性があります。この研究と文献で特定された多くの QS および QQ 生物を含む多様性。6,17 実際、私たちの予備的なメタゲノム解析と発現研究は、複数の QS および QQ 遺伝子が実物大のプラントの活性汚泥群集に存在することを示唆しています。 (データは示されていない)、バイオリアクター群集における QS 活動と QQ 活動の同時発生を裏付けるだけでなく、群集の行動が存在する QS 生物と QQ 生物の組み合わせた活動、および QQ 活動の特異性によって制御されていることも裏付けられています。特定の AHL 信号用。

結論として、この研究から、AHL シグナル伝達と微生物粒状バイオフィルムの構築との間の正の相関関係は以前に確立されているが、異なる QS および QQ 活動を持つコミュニティのメンバーが相互作用して QS 行動を調節する詳細なメカニズムは明らかになっていることが明らかである。コミュニティレベルはまだ定義されていません。この研究は、そのような群集が造粒などの複雑なシステムレベルの挙動をどのように制御するかを機構的な方法で調査し決定するために、高い種多様性を含む実験的に扱いやすいシステムとして造粒システムを開発しました。私たちの研究は、AHLを介したQSシグナル伝達が真の群集形質であるという強力な証拠を提供しており、多様な分類群の群集メンバーの65％以上がシグナル伝達と消光のプロセスに関与しています。 QS および QQ 微生物の動的な存在量、およびそれぞれのシグナル伝達および消光動態は、全体的なシグナル勾配を定義する上で重要な役割を果たしており、したがって綿状バイオフィルムから粒状バイオフィルムへの移行を制御しているようです。重要なことに、これらの発見は、複雑な群集の集合がQSシグナル伝達によって駆動される発達プロセスであり、QSシグナル伝達特性を持つ特定の群集メンバーが豊富になり、抗QSシグナル伝達特性を持つメンバーが排除されることを示唆している可能性もあります。 QS および QQ 活動が、多くの異なる自然生息地、人工生態系、臨床現場で一般的に見られる系統発生的に多様な微生物種と関連しているという観察は、AHL を介した群集コミュニケーションが複雑な群集の一般的な特徴である可能性があることを強く示唆しています。、そして QS および QQ 活動が安定で機能的な微生物集合体の選択に重要な役割を果たしている可能性があることを示唆しています。

デイビー、私、オトゥール、ジョージア。微生物バイオフィルム：生態学から分子遺伝学まで。微生物 Mol Biol Rev 2000; 64: 847–867。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

コルターR、グリーンバーグEP。微生物科学: 微生物の表面的な生命。ネイチャー 2006; 441: 300-302。

論文 CAS PubMed Google Scholar

エリアス S、バニン E。複数種のバイオフィルム: 友好的な隣人との暮らし。 FEMS 微生物改訂 2012; 36: 990–1004。

論文 CAS PubMed Google Scholar

シャピロ JA 。細菌集団を多細胞生物として考える。 Annu Rev Microbiol 1998; 52：81-104。

論文 CAS PubMed Google Scholar

ウィリアムズ P、ウィンザー K、チャン WC、カマラ M 。誰が話しているのか見てみましょう: 細菌の世界におけるコミュニケーションとクオラムセンシング。 Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 2007; 362: 1119–1134。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

ヴァジェ A、ベイリー MJ、ホワイトリー AS、マネフィールド M 。 N-アシル-1-ホモセリンラクトン（AHL）は、活性汚泥中の微生物群集の構成と機能に影響を与えます。エンビロンマイクロバイオル 2004; 6: 424–433。

論文 CAS PubMed Google Scholar

ダンジェロ＝ピカール C、フォーレ D、ペノー I、デソー Y 。土壌およびタバコ根圏におけるN-アシルホモセリンラクトン生産菌および分解菌の多様性。エンビロンマイクロバイオル 2005; 7: 1796 ～ 1808 年。

論文 CAS PubMed Google Scholar

シルーA、ディアロS、クルトC、ラトゥールX、フォーレD。 Solanum tuberosum の根圏におけるクオラムクエンチング細菌の増殖促進。エンビロンマイクロバイオル 2007; 9: 1511–1522。

論文 CAS PubMed Google Scholar

ピアソンEA、ウッドDW、キャノンJA、ブラシェールFM、ピアソンLS。小麦根圏における細菌間のN-アシル-ホモセリンラクトンを介した集団間シグナル伝達。 Mol Plant Microbe Interact 1998; 11: 1078–1084。

記事 CAS Google Scholar

Riedel K、Hentzer M、Geisenberger O、Huber B、Steidle A、Wu H 他。混合バイオフィルムにおける緑膿菌とバークホルデリア・セパシア間のN-アシルホモセリン-ラクトンを介したコミュニケーション。微生物学 2001; 147: 3249–3262。

論文 CAS PubMed Google Scholar

デュラ GF、リンドウ SE 。着生細菌間のアシルホモセリンラクトン媒介クロストークは、葉上のシュードモナス・シリンガエの行動を調節する。 ISME J 2009; 3: 825–834。

論文 CAS PubMed Google Scholar

ホスニ T、モレッティ C、デベスコビ G、スアレスモレノ ZR、ファトミ MB、グアルナッチャ C 他細菌性植物病におけるクオラムセンシングシグナルと種間群集の役割の共有。 ISME J 2011; 5: 1857 ～ 1870 年。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Singh PK、Schaefer AL、Parsek MR、Moninger TO、Welsh MJ、Greenberg EP 他。クオラムセンシングシグナルは、嚢胞性線維症肺が細菌バイオフィルムに感染していることを示します。ネイチャー2000; 407: 762–764。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Decho AW、Visscher PT、Ferry J、川口 T、He L、Przekop KM 他。微生物マットから抽出された自己誘導物質は、N-アシルホモセリンラクトン (AHL) の驚くべき多様性と、ジエル pH に関連する可能性のある存在量の変化を明らかにします。エンビロンマイクロバイオル 2009; 11: 409–420。

論文 CAS PubMed Google Scholar

ヒューズ DT、テレホバ DA、リオウ L、ホブデ CJ、サール JW、パタンカール AV 他哺乳動物の宿主と細菌の共生関係における化学センシング。 Proc Natl Acad Sci USA 2010; 107: 9831–9836。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

De Clippeleir H、Defoirdt T、Vanhaecke L、Vlaeminck SE、Carballa M、Verstraete W 他長鎖アシルホモセリンラクトンは、OLAND バイオフィルムの無酸素性アンモニウム酸化速度を高めます。 Appl 微生物バイオテクノロジー 2011; 90: 1511–1519。

論文 PubMed Google Scholar

Chong G、Kimyon O、Rice SA、Kjelleberg S、Manefield M . 活性汚泥における細菌のクオラムセンシングの存在と役割。微生物バイオテクノロジー 2012; 5: 621–633。

記事 Google Scholar

Yeon KM、Cheong WS、Oh HS、Lee WN、Hwang BK、Lee CH 他クォーラムセンシング: 高度な廃水処理のための膜バイオリアクターにおける新しい生物付着制御パラダイム。エンビロンサイテクノロジー 2009; 43: 380–385。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Tan CH、Koh KS、Xie C、Tay M、Zhou Y、Williams R 他 EPS生産におけるクオラムセンシングシグナル伝達の役割と、汚泥群集の好気性顆粒への集合。 ISME J 2014; 8: 1186–1197。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Dong YH、Wang LH、Xu JL、Zhang HB、Zhang XF、Zhang LH 他 N-アシルホモセリンラクトナーゼによるクオラムセンシング依存性の細菌感染の消失。ネイチャー 2001; 411: 813–817。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Lin YH、Xu JL、Hu J、Wang LH、Ong SL、Leadbetter JR 他ラルストニア XJ12B 株由来のアシルホモセリンラクトンアシラーゼは、新規かつ強力なクラスのクオラムクエンチング酵素に相当します。モルマイクロバイオル 2003; 47: 849–860。

論文 PubMed Google Scholar

Park SY、Kang HO、Jang HS、Lee JK、Koo BT、Yum DY 他 Streptomyces sp. 由来の細胞外 N-アシルホモセリンラクトンアシラーゼの同定およびクォーラムクエンチングへのその応用。 Appl Environ Microbiol 2005; 71: 2632–2641。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

ウロズ S、オジェ PM、シャペル E、アデリーヌ MT、フォーレ D、デソー YA 。 Rhodococcus qsdA がコードする酵素は、新規クラスの広域クオラム消光ラクトナーゼを定義します。 Appl Environ Microbiol 2008; 74: 1357–1366。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Zhou Y、Ganda L、Lim M、Yuan Z、Kjelleberg S、Ng WJ 他脱窒ポリリン酸蓄積生物 (DPAO) に対する遊離亜硝酸 (FNA) の阻害。 Appl 微生物バイオテクノロジー 2010; 88: 359–369。

論文 CAS PubMed Google Scholar

スモルダーズ GJ、ファンデルメイ J、ファンロースドレヒト MC、ハイネン JJ 。生物学的リン除去プロセスの嫌気性代謝のモデル: 化学量論と pH の影響。バイオテクノロジー Bioeng 1994; 43: 461–470。

論文 CAS PubMed Google Scholar

イートン AD、フランソン MAH、APH 協会、AWW 協会、WE 連盟。水および廃水の標準検査方法。米国公衆衛生協会: 米国ワシントン DC、2005 年。

Google スカラー

バー JJ、クック AE、ボンド PL。リン除去のための好気性廃水システム内での顆粒形成メカニズム。 Appl Environ Microbiol 2010; 76: 7588–7597。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

フークアC、バーベアM、ワイナンズSC。アグロバクテリウム Ti プラスミド接合伝達調節因子 TraR の活性は、traM 遺伝子の産物によって阻害されます。 J バクテリオル 1995; 177: 1367–1373。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

マクリーン KH、ウィンソン MK、フィッシュ L、テイラー A、チャブラ SR、カマラ M 他クオラムセンシングと Chromobacterium violaceum: N-アシルホモセリンラクトンの検出のためのビオラセイン生成と阻害の利用。微生物学 1997; 143: 3703–3711。

論文 CAS PubMed Google Scholar

アンデルセン JB、ヘイドルン A、ヘンツァー M、エバール L、ガイゼンベルガー O、クリステンセン BB 他細菌コミュニケーションを検出するための gfp ベースの N-アシルホモセリン-ラクトンセンサーシステム。 Appl Environ Microbiol 2001; 67: 575–585。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Heydorn A、Ersbøll B、Kato J、Hentzer M、Parsek MR、Tolker-Nielsen T 他。緑膿菌バイオフィルム発生の統計分析: 単収縮運動、細胞間シグナル伝達、定常期のシグマ因子発現に関与する遺伝子の変異の影響。 Appl Environ Microbiol 2002; 68: 2008 ～ 2017 年。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

ヤニッシュ＝ペロン C、ヴィエイラ J、メッシング J 。改良された M13 ファージクローニングベクターと宿主株: M13mp18 および pUC19 ベクターのヌクレオチド配列。ジーン 1985; 33: 103–119。

論文 CAS PubMed Google Scholar

王LH、ウェンLX、ドンYH、張LH。クオラムクエンチング N-アシルホモセリンラクトンラクトナーゼ (AHL ラクトナーゼ) の特異性と酵素動態。 J Biol Chem 2004; 279: 13645–13651。

論文 CAS PubMed Google Scholar

モリン D、グラスランド B、ヴァレレエル K、デュフォー C、ハラス D 。生物学的マトリックスの存在下でのクオラムセンシングシグナル分子である N-アシルホモセリンラクトンのオンライン高速液体クロマトグラフィー質量分析による検出と定量。 J Chromatogr A 2003; 1002: 79–92。

論文 CAS PubMed Google Scholar

クラーク JD、マアロー O 。大腸菌における DNA 複製と分裂サイクル。 J Mol Biol 1967; 23:99-112。

記事 CAS Google Scholar

レーンDJ。 16S/23S rRNA シーケンス。ジョン・ワイリー＆サンズ：米国ニューヨーク州、1991年。

Google スカラー

ガーデス M、ホワイト TJ、フォーティン JA、ブランズ TD、テイラー JW。核およびミトコンドリアのリボソーム DNA の増幅による外生菌根の固有および導入された共生真菌の同定。キャン・ジェイ・ボット 1991年。 69：180～190。

記事 CAS Google Scholar

ドン YH、徐 JL、李 XZ、張 LH。 AiiA、アシルホモセリンラクトンクオラム感知シグナルを不活性化し、エルウィニア・カロトボーラの毒性を弱める酵素。 Proc Natl Acad Sci USA 2000; 97: 3526–3531。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

張 HB、王 LH、張 LH。アシルホモセリンラクトンクォーラムセンシングシグナルに対するクォーラムクエンチング酵素の検出と分析。 John Wiley and Sons, Inc: ホーボーケン、ニュージャージー州、米国、2007 年。

Google Scholar を予約する

斉藤直、寧 M . 隣接結合法: 系統樹を再構成するための新しい方法。モルビオールエボル 1987; 4: 406–425。

CAS PubMed Google Scholar

Claesson MJ、Wang Q、O'Sullivan O、Greene-Diniz R、Cole JR、Ross RP 他。タンデム可変 16S rRNA 遺伝子領域を使用して非常に複雑な微生物叢の構成を解明するための 2 つの次世代シーケンス技術の比較。核酸研究 2010; 38: e200。

記事 PubMed PubMed Central Google Scholar

ストレートPD、コルターR。細菌の発生における種間の化学コミュニケーション。 Annu Rev Microbiol 2009; 63：99-118。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Oh HS、Yeon KM、Yang CS、Kim SR、Lee CH、Park SY 他微多孔膜に封入されたクオラムクエンチング細菌による、廃水処理用MBRにおける膜生物付着の制御。エンビロンサイテクノル 2012; 46: 4877–4884。

論文 CAS PubMed Google Scholar

ロメロ M、ディグル SP、ヒーブ S、カマラ M、オテロ A 。 Anabaena sp.のクオラムクエンチング活動 PCC 7120: 新規 AHL アシラーゼである AiiC の同定。 FEMS 微生物レット 2008; 280: 73-80。

論文 CAS PubMed Google Scholar

シャリフ DI、ガロン J、スミス CJ、ダドリー E。シアノバクテリアにおけるクオラムセンシング: 上石植民地シアノバクテリア Gloeothece PCC6909 による N-オクタノイル-ホモセリンラクトンの放出と応答。 ISME J 2008; 2: 1171–1182。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Bijtenhoorn P、Mayerhofer H、Müller-Dieckmann J、Utpatel C、Schipper C、Hornung C 他。新規のメタゲノム短鎖デヒドロゲナーゼ/レダクターゼは、緑膿菌バイオフィルムの形成と線虫に対する病原性を弱めます。 PLoS One 2011; 6: e26278。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Huang YL、Ki JS、Case RJ、Qian PY 。潮下バイオフィルム形成細菌の多様性とアシルホモセリンラクトン生産。アクアットマイクロブエコール 2008; 52: 185–193。

記事 Google Scholar

ロメロ M、アヴェンダーニョエレーラ R、マガリニョス B、カマラ M、オテロ A 。 Cytophaga-Flavobacterium-Bacteroides (CFB) グループのメンバーである魚病原体 Tenacibaculum maritimum によるアシルホモセリンラクトンの生成と分解。 FEMS 微生物レット 2010; 304: 131–139。

論文 CAS PubMed Google Scholar

ラシード R、諸星哲、染谷直、池田哲ジャガイモの根表面に関連するクリセオバクテリウム株による、N-アシルホモセリンラクトンクオラムセンシングシグナル伝達分子の分解。微生物環境 2011; 26: 144–148。

論文 PubMed Google Scholar

Zhang G、Zhang F、Ding G、Li J、Guo X、Zhu J 他メタン生成古細菌におけるアシルホモセリンラクトンベースのクオラムセンシング。 ISME J 2012; 6: 1336–1344。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

ケーニッヒ JE、スポル A、スカルフォン N、フリッカー AD、ストンボー J、ナイト R 他発達中の乳児の腸内マイクロバイオームにおける微生物コンソーシアムの継承。 Proc Natl Acad Sci USA 2011; 108: 4578–4585。

論文 CAS PubMed Google Scholar

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原稿に関して貴重なフィードバックを提供してくださった Yehuda Cohen に感謝します。 AHL 定量化にご協力いただいた Zhaoqi Zhan、Peiting Zeng、Edwin Ting、および LC-MS/MS の使用を提供していただいた Shimazdu Singapore に特別な感謝を申し上げます。 CHT は、シンガポール国立研究財団 (NRF) の NRF 環境・水技術博士課程奨学金プログラムに基づいて支援され、環境・水産業プログラム事務局によって運営されています。この研究は、シンガポール環境生命科学工学センターの支援を受けており、同センターの研究は、研究センター・オブ・エクセレンス・プログラムに基づき、NRF、シンガポール教育省、南洋工科大学、シンガポール国立大学から資金提供を受けている。

シンガポール環境生命科学工学センター (SCELSE)、南洋理工大学、シンガポール

チュアン・ハオ・タン、カイ・シャン・コー、チャオ・シー、グオ・ピン・リー、スコット・A・ライス、スタファン・ケレバーグ

先端環境バイオテクノロジーセンター (AEBC)、南洋環境水研究所 (NEWRI)、南洋理工大学、シンガポール

チュアン・ハオ・タン、ヤン・チョウ、ウン・ジャーン・ン

シンガポール、南洋理工大学土木環境工学部

チュアン・ハオ・タン、ジョエル・チャン、ヤン・チョウ、ウン・ジャーン・ン

シンガポール、南洋理工大学生物科学部

シャオ・ホイ・タン、グオ・ピン・リー、スコット・A・ライス、スタファン・ケレバーグ

オーストラリア、シドニーのニューサウスウェールズ大学海洋バイオイノベーションセンターおよびバイオテクノロジーおよび生体分子科学学部

スコット・A・ライス & スタファン・ケレバーグ

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CHT、KSK、YZ、WJN、SAR、SK が調査を設計しました。 CHT、JZ、XHT、および GPL が調査を実施しました。 CHT、KSK、CX、YZ、WJN、SAR、SKがデータを分析しました。そしてCHT、SAR、SKが論文を執筆した。

スタファン・ケレベルグ氏への通信。

著者は利益相反がないことを宣言します。

補足情報は、npj Biofilms and Microbiomes の Web サイト (http://www.nature.com/npjbiofilms) にある論文に付属しています。

この作品は、クリエイティブコモンズ表示 4.0 国際ライセンスに基づいてライセンスされています。この記事内の画像またはその他のサードパーティ素材は、クレジットラインに別段の記載がない限り、記事のクリエイティブコモンズライセンスに含まれています。素材がクリエイティブコモンズライセンスに含まれていない場合、ユーザーは素材を複製するためにライセンス所有者から許可を得る必要があります。このライセンスのコピーを表示するには、http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ にアクセスしてください。

転載と許可

Tan, C.、Koh, K.、Xie, C. 他コミュニティクォーラムセンシングシグナル伝達と消光：微生物粒状バイオフィルムの集合。 npj バイオフィルムマイクロバイオーム 1、15006 (2015)。 https://doi.org/10.1038/npjbiofilms.2015.6

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受信日: 2015 年 1 月 3 日

改訂日: 2015 年 3 月 24 日

受理日: 2015 年 4 月 7 日

公開日: 2015 年 5 月 27 日

DOI: https://doi.org/10.1038/npjbiofilms.2015.6

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