6.2: 细菌信号传导

细菌信号转导可以发生在细菌内部（细胞内）或细菌之间（细胞间）。有时，一组细菌的行为就像一个群落。为了实现这一目标，它们参与了群体感应，即感知导致基因表达变化的较高细胞密度。群体感应涉及细胞外和细胞内信号传导。信号级联从称为自诱导剂 （AI） 的分子开始。单个细菌产生的 AI 从细菌细胞膜移动到细胞外空间。AI 可以沿浓度梯度被动地移出细胞，也可以主动运输穿过细菌膜。

AI 的细胞外浓度向细菌发出信号

当细菌种群中的细胞密度较低时，AI 会从细菌中扩散出去，从而保持 AI 的环境浓度较低。随着细菌繁殖并继续分泌 AI，AI 的浓度增加，最终达到阈值浓度。这个阈值允许 AI 结合细菌上的膜受体，从而触发整个细菌群落的基因表达变化。群体感应诱导的表型示例包括生物发光、运动、生物膜的形成和毒力因子的表达。

细菌中产生光的信号

生物发光细菌，如 Photorhabdus luminescens，由于复杂的信号传导过程而产生光。这些细菌使用群体感应，这使它们能够协调生物发光的产生。例如，P. luminescens 产生自诱导子 2 （AI-2） 作为群体感应信号和细胞内信号。细菌将 AI-2 释放到环境中。当 AI-2 达到细菌细胞外的阈值水平时，AI-2 与细菌膜上的 ATP 结合盒 （ABC） 转运蛋白结合，并被 ABC 转运蛋白重新内化。然后，细胞内激酶 LsrK 磷酸化 AI-2 本身。一旦以这种方式激活，AI-2 本身就可以充当转录因子，激活编码荧光素酶的基因。荧光素酶在催化特定反应后产生光。因此，只有当 P. luminescens 种群达到临界密度时，才会观察到生物发光。

植入式医疗器械的群体信号传导和细菌感染

细菌在医疗植入物表面的传播是通过群体信号传导发生的，并可能导致危及生命的感染。目前有很多关于在医疗环境中阻止细菌生物膜形成的研究。这些研究的大部分集中在开发抑制细菌生长的新材料上。