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群体感应是细菌内广泛存在的细胞间通信机制,协调细菌的群体行为,如生物发光、细菌感受态、毒性、抗生素产生和生物被膜形成。群体感应细菌产生并分泌称为自诱导物的化学信号分子来进行相互交流。通常来说,革兰氏阴性细菌利用乙酰化的高丝氨酸内酯作为自诱导物,革兰氏阳性细菌则利用修饰的寡肽来进行群体感应。研究指出,一个革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌共享的群体感应系统涉及到自诱导物AI-2的产生,AI-2由活化甲基循环中的酶LuxS合成。LuxS广泛存在于细菌内,暗示了 AI-2作为一个通用的语言用于细菌间的信号交流。目前,AI-2如何行使功能的详细机制仅在少数几个种内研究清楚。在哈氏弧菌中,AI-2被一个二元信号系统检测和传导,周质的结合蛋白LuxP识别含有硼的AI-2分子,进而与胞质的反应调控子相互作用,起始磷酸化级联反应,最终调控荧光素酶操纵子的表达。在大肠杆菌和鼠伤寒沙门氏菌中,AI-2首先被lsr转运体摄取到胞内,起始群体感应系统控制的靶基因的表达。然而在许多含有luxS基因的细菌内,尤其在革兰氏阳性细菌中,AI-2如何被检测以及AI-2调控哪些功能仍然不清楚。金黄色葡萄球菌是一个主要的机会性病原体,能够引起多种感染性疾病,从轻度的表皮感染到威胁生命的重度感染。许多金黄色葡萄球菌引起的感染涉及到生物被膜形成,如心内膜炎、化脓性关节炎、骨髓炎及植入的医疗设备相关的感染。研究表明luxS基因存在于金葡菌中,也具有合成AI-2分子的功能。我们的前期工作表明LuxS/AI-2系统能够调控毒性相关基因的表达,以及通过icaR激活的通路降低生物被膜的形成,然而金黄色葡萄球菌AI-2行使功能的详细分子机制尚不清楚。我们的研究结果表明,金黄色葡萄球菌NCTC8325中luxS基因的敲除能够增强生物被膜的形成和PIA的产生。在luxS突变菌株中生物被膜正调控因子saaR的转录本水平也有显著提高。并且这些表型改变能够被含有luxS基因的质粒和体外合成的AI-2所回补,表明金黄色葡萄球菌AI-2能够行使信号功能从而调控生物被膜形成和saaR的转录。此外,我们发现luxS/saaR双突变菌株形成的生物被膜和产生的PIA量与saaR突变菌株一致,也就是在saaR突变菌株的背景下,luxS基因的敲除不能够增强saaR突变菌株形成生物被膜的能力和icaA基因的转录。这些结果证明了金黄色葡萄球菌LuxS/AI-2系统调控PIA依赖的生物被膜形成是通过saaR的抑制来实现。电泳迁移率实验和β-半乳糖苷酶实验证明了 SaaR能够特异性结合到自己的启动子并且正调控saaR的表达。不仅如此,通过冷冻电子显微镜,我们解析了SaaR和其与AI-2复合物的三维结构,发现AI-2能够结合SaaR并诱导SaaR发生特定的构象变化,表明SaaR为金黄色葡萄球菌AI-2的受体。