劉武康， 吳淑燕， 陳國(guó)薇， 張 超， 吳 嫚， 李 森， 劉 箐

(上海理工大學(xué) 醫(yī)療器械與食品學(xué)院，上海 200093)

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細(xì)菌產(chǎn)生的活性氧及其功能

劉武康， 吳淑燕， 陳國(guó)薇， 張 超， 吳 嫚， 李 森*， 劉 箐*

(上海理工大學(xué) 醫(yī)療器械與食品學(xué)院，上海 200093)

活性氧(Reactive Oxygen Species，ROS)是需氧生物有氧代謝和專(zhuān)一酶類(lèi)產(chǎn)生的含氧的、化學(xué)活性極強(qiáng)的一類(lèi)小分子物質(zhì)。按照其產(chǎn)生機(jī)理可分為兩大產(chǎn)生途徑，其一是呼吸作用中發(fā)生的單電子轉(zhuǎn)移產(chǎn)生的ROS，通常認(rèn)為此途徑產(chǎn)生過(guò)量的ROS對(duì)生物大分子具有極強(qiáng)的氧化損傷，與多種疾病密切相關(guān)；其二是由專(zhuān)一酶類(lèi)產(chǎn)生的少量ROS，一般認(rèn)為此途徑產(chǎn)生的ROS具有殺滅入侵的外來(lái)微生物的作用，但近年來(lái)大量研究表明，此途徑產(chǎn)生的ROS可行使信號(hào)分子和基因開(kāi)關(guān)等多種生理功能。同時(shí)，生物體自身的抗氧化系統(tǒng)也可直接調(diào)控ROS的水平。本文綜合分析近年來(lái)對(duì)細(xì)菌中的ROS的研究成果，并對(duì)目前存在的問(wèn)題和未來(lái)的發(fā)展進(jìn)行評(píng)述。

細(xì)菌；活性氧；抗氧化系統(tǒng)；功能

1 細(xì)菌活性氧及其功能研究進(jìn)展

1.1 ROS在細(xì)菌中的產(chǎn)生途徑及其抗氧化體系

當(dāng)ROS在生物體中被發(fā)現(xiàn)后，立即引起了關(guān)注。首先，需要研究的問(wèn)題就是ROS在機(jī)體中是如何產(chǎn)生的，包括其產(chǎn)生的途徑、相關(guān)反應(yīng)、相關(guān)酶類(lèi)等；其次，由于機(jī)體內(nèi)積累大量的ROS會(huì)產(chǎn)生多種損害，機(jī)體如何保持ROS脅迫下的氧化還原平衡同樣是受到廣泛關(guān)注的問(wèn)題。

1.1.1 細(xì)菌中ROS的產(chǎn)生 細(xì)菌是一種原核生物，原核生物的呼吸作用主要發(fā)生在細(xì)胞膜上，由細(xì)胞膜上相關(guān)的酶催化反應(yīng)的進(jìn)行，因此細(xì)菌中ROS主要產(chǎn)生部位是細(xì)胞膜。細(xì)菌中ROS大部分是在呼吸鏈上的酶催化的氧分子連續(xù)單價(jià)電子的傳遞反應(yīng)產(chǎn)生的，例如大腸埃希菌(Escherichiacoli)，呼吸鏈中所產(chǎn)生的過(guò)氧化氫能夠占到總量的87%左右[12]。此外，生長(zhǎng)的環(huán)境也對(duì)細(xì)菌ROS的產(chǎn)量有影響，例如電離、UV輻射以及環(huán)境中某些小分子物質(zhì)等的作用[13-14]。

Nox最早在高等動(dòng)植物中發(fā)現(xiàn)，被認(rèn)為是可以專(zhuān)一催化產(chǎn)生ROS的酶類(lèi)，現(xiàn)在已有很多研究關(guān)注細(xì)菌中Nox。Nox的反應(yīng)底物為O2和NADH或NADPH，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)，關(guān)于Nox的具體分類(lèi)方法目前未有明確的定義。綜合各類(lèi)文獻(xiàn)表述，以NADH為底物的Nox根據(jù)其產(chǎn)物一般分為兩類(lèi)：Nox1的反應(yīng)產(chǎn)物主要為過(guò)氧化氫；Nox2的反應(yīng)產(chǎn)物為水，即狹義的NADH氧化酶[15]。Nox1一般存在于需氧型細(xì)菌的膜上或胞內(nèi)，而Nox2一般存在于厭氧或兼性厭氧菌的胞內(nèi)，其中大部分為乳酸菌[16]。Nox2由于產(chǎn)物為水，其主要作用一般是清除厭氧或兼性厭氧菌胞內(nèi)過(guò)量的分子氧以獲得更適宜的生長(zhǎng)條件。也有研究指出在某些抗氧化能力較弱的細(xì)菌中，如雙歧桿菌(Bifidobacterium)，由于Nox1催化的產(chǎn)物為氧化性較強(qiáng)的過(guò)氧化氫，會(huì)激發(fā)細(xì)菌超氧化物歧化酶(SOD)等酶類(lèi)發(fā)揮作用，以此作為清除胞內(nèi)過(guò)量氧的一種手段[17]。而以NADPH為底物的Nox一般存在于高等動(dòng)植物中，該種Nox種類(lèi)較多，包含NADPH 氧化酶催化亞基gp91phox(NOX2) 及其同源物NOX1、NOX3、NOX4、NOX5、DUOX1 和DUOX2 ，它們被統(tǒng)稱(chēng)為NOX 家族[18]，但目前已有研究發(fā)現(xiàn)細(xì)菌中存在以NADPH為底物的Nox相關(guān)基因序列。

目前已發(fā)現(xiàn)的與細(xì)菌中ROS產(chǎn)生的相關(guān)途徑及相關(guān)酶類(lèi)大多集中在呼吸鏈上，但呼吸鏈中生成的ROS多數(shù)都會(huì)進(jìn)入連續(xù)的單電子轉(zhuǎn)移途徑，無(wú)法向外擴(kuò)散，也不易在其他位置發(fā)揮作用，而對(duì)于專(zhuān)一催化產(chǎn)生ROS的酶類(lèi)的研究目前也基本集中在Nox。目前對(duì)細(xì)菌中ROS產(chǎn)生途徑的了解仍不全面，也導(dǎo)致對(duì)ROS在細(xì)菌中的功能的研究有一定的局限性，因此關(guān)于細(xì)菌中ROS的產(chǎn)生途徑還有待深入研究，獲得的重要研究成果也將為后續(xù)的研究打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1.1.2 細(xì)菌中的抗氧化體系 生物體中的ROS水平超過(guò)自身承受能力時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)氧化應(yīng)激，對(duì)機(jī)體造成損傷，因此生物體中都存在一系列調(diào)控機(jī)制用以維持ROS的穩(wěn)態(tài)[19]。生物體中與維持ROS穩(wěn)態(tài)相關(guān)的物質(zhì)均為具有較好還原性的抗氧化物質(zhì)，一般分為非酶類(lèi)與酶類(lèi)兩種。常見(jiàn)的非生物酶類(lèi)抗氧化物質(zhì)有維生素C(Vc)、維生素E(Ve)、谷胱甘肽(Glutathione，GSH)、β-胡蘿卜素和黃酮類(lèi)物質(zhì)、多酚類(lèi)物質(zhì)等，它們的優(yōu)點(diǎn)是在生物體內(nèi)可以快速擴(kuò)散，可以作用于細(xì)胞膜，甚至直接在細(xì)胞外發(fā)揮作用，但缺點(diǎn)是不易進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)。然而，由于多數(shù)非酶類(lèi)的抗氧化物不能在機(jī)體內(nèi)合成，所以這些物質(zhì)大多是由高等動(dòng)物從食物中獲得，細(xì)菌中非酶類(lèi)抗氧化劑發(fā)揮的作用較少[10]。

微生物中發(fā)揮抗氧化作用的主要是酶類(lèi)物質(zhì)，最常見(jiàn)的有超氧化物歧化酶(SOD)和過(guò)氧化氫酶(Catalase)，超氧化物歧化酶催化超氧負(fù)離子發(fā)生歧化反應(yīng)生成氧和過(guò)氧化氫，過(guò)氧化氫酶則催化過(guò)氧化氫生成水和氧氣，這兩種酶在微生物抗氧化系統(tǒng)中至關(guān)重要，維持了機(jī)體內(nèi)的氧化還原平衡[20]。在細(xì)菌中，存在兩個(gè)氧化還原調(diào)控子，一個(gè)是對(duì)過(guò)氧化氫敏感的轉(zhuǎn)錄激活子 OxyR，它可以控制谷胱甘肽還原酶、NADPH-依賴(lài)的烷基氫過(guò)氧化物還原酶等基因的表達(dá)，這些物質(zhì)主要用來(lái)清除機(jī)體中過(guò)量的過(guò)氧化氫；另一個(gè)轉(zhuǎn)錄調(diào)控子是二級(jí) SoxRS系統(tǒng)，它用來(lái)抵御過(guò)量的超氧陰離子，調(diào)控的基因有 SOD、葡萄糖-6-磷酸脫氫酶、鐵氧還原蛋白等[21-22]。 由此可見(jiàn)，細(xì)菌中的ROS水平很大程度上取決于細(xì)菌的抗氧化系統(tǒng)的活躍程度，大部分情況下細(xì)菌體內(nèi)ROS水平激增都伴隨著體內(nèi)抗氧化系統(tǒng)活力的減弱，沒(méi)有足夠的還原性物質(zhì)和還原性酶活力降低均導(dǎo)致細(xì)菌中ROS的大量產(chǎn)生并在體內(nèi)不斷積累。

細(xì)菌中ROS的產(chǎn)生和ROS穩(wěn)態(tài)的保持有多種酶、蛋白質(zhì)、核酸和小分子物質(zhì)的參與，涉及的反應(yīng)種類(lèi)多、過(guò)程復(fù)雜，許多機(jī)理目前仍不明確。關(guān)注細(xì)菌中產(chǎn)生ROS的相關(guān)基因和酶類(lèi)，以及細(xì)菌的抗氧化系統(tǒng)，不僅對(duì)研究細(xì)菌的生命活動(dòng)有重要意義，也對(duì)高等動(dòng)物乃至人類(lèi)的衰老、疾病等問(wèn)題的研究有著促進(jìn)作用。

1.2 ROS在細(xì)菌中的功能

1.2.1 ROS對(duì)細(xì)菌的氧化損傷 ROS被認(rèn)為參與了細(xì)胞的衰老、凋亡或者癌變，其產(chǎn)生危害主要是由于ROS會(huì)造成細(xì)胞中的各種生物大分子快速氧化，對(duì)細(xì)胞危害極大[23-25]。已有的研究成果表明，生物體中的DNA、RNA、脂質(zhì)和蛋白質(zhì)等對(duì)ROS都很敏感，過(guò)量的ROS對(duì)這些物質(zhì)都會(huì)造成損傷。其中，脂類(lèi)物質(zhì)是氧脅迫損傷的主要對(duì)象，自由基直接與細(xì)胞膜上的多不飽和脂肪酸反應(yīng)，引起脂質(zhì)的過(guò)氧化，造成細(xì)胞膜流動(dòng)性的降低，改變了細(xì)胞膜的特性，進(jìn)而破壞細(xì)胞膜蛋白[26-27]。除此之外，DNA也是ROS的主要攻擊對(duì)象，ROS可損傷DNA中的堿基和糖組分，進(jìn)而破壞了DNA的雙鏈結(jié)構(gòu)，影響了DNA的正常復(fù)制，增加了突變的發(fā)生概率[28-29]。細(xì)菌中過(guò)量生成ROS后與體內(nèi)重要生物大分子發(fā)生的反應(yīng)，無(wú)一例外都是對(duì)細(xì)胞有毒性的，都會(huì)影響細(xì)菌的正常生存。

1.2.2 細(xì)菌中ROS的信號(hào)分子作用 由于ROS對(duì)于細(xì)胞的毒性，過(guò)量的ROS必然會(huì)引起細(xì)菌生長(zhǎng)減緩，很多文獻(xiàn)報(bào)道也驗(yàn)證了這一點(diǎn)。Yesilkaya等[30]研究了肺炎雙球菌(Streptococcuspneumoniae)在較高ROS環(huán)境下的生存狀況，發(fā)現(xiàn)當(dāng)環(huán)境中氧脅迫壓力產(chǎn)生時(shí)，細(xì)菌的增殖會(huì)明顯減緩，但將環(huán)境中的氧脅迫撤去后，細(xì)菌自身的活力會(huì)很快恢復(fù)，致病性也沒(méi)有明顯下降，因此認(rèn)為環(huán)境中少量的ROS會(huì)激發(fā)細(xì)菌的防御體系，增殖減緩并非細(xì)菌本身受到殺傷，而可能是細(xì)菌的主動(dòng)行為，目的是為了減少突變的發(fā)生和原發(fā)性損傷，這一觀點(diǎn)提醒我們?cè)谘芯縍OS對(duì)細(xì)菌生長(zhǎng)的影響時(shí)，不能只關(guān)注ROS對(duì)細(xì)菌生長(zhǎng)的影響，還要對(duì)細(xì)菌本身生理機(jī)能的變化進(jìn)行觀察。Huang等[31-32]的研究發(fā)現(xiàn)，單核細(xì)胞增生性李斯特菌4b G(Listeriamonocytogenes4b G)中存在抗氧脅迫基因gltB和gltC，該基因的缺失菌株在氧脅迫條件下增殖能力下降明顯，且菌膜生成能力同時(shí)下降。菌膜作為細(xì)菌的一種特殊的應(yīng)對(duì)外界不利環(huán)境的生存方式，其生成能力受ROS的影響也驗(yàn)證了ROS與細(xì)菌的生長(zhǎng)狀況有直接關(guān)系[33-35]。ROS作為一種信號(hào)分子，探究其影響細(xì)菌生長(zhǎng)狀況過(guò)程中的具體作用，有利于研制和開(kāi)發(fā)新型、高效的殺菌劑和抑菌劑，控制微生物污染，對(duì)臨床醫(yī)學(xué)、食品安全等方面都有著積極意義。

1.2.3 ROS與病原菌致病力 對(duì)于致病細(xì)菌，ROS與其致病力的關(guān)系倍受關(guān)注，而根據(jù)文獻(xiàn)的報(bào)道，ROS對(duì)致病菌致病力一般有上調(diào)或是下調(diào)兩種影響，根據(jù)細(xì)菌的種類(lèi)不同其影響程度和作用方式也有所不同。鄒海杰[36]以大腸埃希菌(Escherichiacoli)為模型研究了革蘭陰性菌外膜蛋白OmpW在抗宿主氧化應(yīng)激中的作用，結(jié)果表明，在致病菌入侵人體的過(guò)程中，非特異性免疫中由二價(jià)鐵離子引發(fā)的芬頓反應(yīng)釋放羥自由基是一種高效的免疫手段，然而游離態(tài)的鐵離子增多會(huì)增加革蘭陰性菌鐵離子的攝入，同時(shí)過(guò)量的羥自由基損傷人體自身細(xì)胞，使得致病菌致病力增加，而外膜蛋白OmpW在這一過(guò)程中起到了抗氧化脅迫并增加細(xì)菌鐵離子攝入的作用。Corcionivoschi等[37]在研究ROS與空腸彎曲菌(Campylobacterjejuni)致病力時(shí)發(fā)現(xiàn)，黏膜免疫過(guò)程中釋放的ROS會(huì)擾亂磷酸酪氨酸信號(hào)，從而下調(diào)了該細(xì)菌的致病力。Derr等[38]則在以變異鏈球菌(Streptococcusmutans)為對(duì)象研究NADH氧化酶在該細(xì)菌引起口腔疾病的致病機(jī)理時(shí)發(fā)現(xiàn)，NADH氧化酶可以加快糖代謝效率，在其黏附牙齒形成菌膜時(shí)造成局部的酸性環(huán)境，從而引發(fā)齲齒?？梢?jiàn)，由于機(jī)體自身的免疫過(guò)程和細(xì)菌自身的代謝均有ROS的生成，因此ROS對(duì)病原細(xì)菌的致病力有直接影響。

1.2.4 ROS與腸道益生菌對(duì)腸道保護(hù)作用 嬰幼兒的腸道在未發(fā)育成熟的階段，極易產(chǎn)生急性腸炎，目前常見(jiàn)的治療方法就是增加腸道益生菌的攝入，深入研究發(fā)現(xiàn)腸道益生菌在保護(hù)腸道的過(guò)程中，ROS可能起到了關(guān)鍵的作用。Lin等[39]的研究發(fā)現(xiàn)對(duì)出生后腸道發(fā)育未成熟的小鼠使用鼠李糖乳桿菌(Lactobacillusrhamnosus)灌胃可以明顯降低感染性腸炎的發(fā)病率，其機(jī)理是該種益生菌可以使腸道上皮細(xì)胞局部的ROS產(chǎn)量增加，使與炎癥信號(hào)產(chǎn)生相關(guān)的酶類(lèi)被氧化后失活，大大降低炎癥發(fā)生的概率，并認(rèn)為這可能就是許多益生菌能明顯降低新生兒和幼兒腸炎發(fā)生概率的原因。Jones等[40]研究發(fā)現(xiàn)，腸道中的乳酸菌由Nox介導(dǎo)釋放的ROS可以促進(jìn)小鼠和果蠅腸道上皮細(xì)胞的增殖和分化，從而起到保護(hù)腸道、防止腸炎發(fā)生等益生作用。益生菌和致病菌在人體中往往是相互制約的關(guān)系，而ROS可能在二者相互拮抗的過(guò)程中起到關(guān)鍵作用，了解益生菌在體內(nèi)發(fā)揮作用的機(jī)理，探究ROS在這一過(guò)程中的具體作用，則可以從源頭上控制某些由致病菌引起的健康問(wèn)題。

1.2.5 ROS與細(xì)菌耐藥性 除了上述幾個(gè)方面，還有研究關(guān)注了ROS與細(xì)菌抗生素耐藥性的關(guān)系。多數(shù)研究認(rèn)為，很多抗生素或抗菌劑的作用機(jī)制是誘導(dǎo)細(xì)菌自身產(chǎn)生過(guò)量的ROS而造成氧化損傷以起到殺菌作用[41-43]。Boles等[44]的研究發(fā)現(xiàn)綠膿桿菌(Pseudomonasaeruginosa)在四環(huán)素、利福平、慶大霉素等抗生素脅迫下形成菌膜，菌膜中的氧化脅迫造成的DNA斷裂在修復(fù)后形成突變體，從而產(chǎn)生具有耐藥性的菌株，但文獻(xiàn)中未提及ROS產(chǎn)生途徑。Aiassa等[45]的研究發(fā)現(xiàn)，奇異變形桿菌(Proteusmirabilis)在菌膜或游離狀態(tài)下，通過(guò)提高自身的抗氧化防御能力，來(lái)提高自身抵抗抗生素環(huán)丙沙星的殺菌作用，在環(huán)丙沙星作用下該菌的多種調(diào)控抗氧化相關(guān)酶類(lèi)的基因大量表達(dá)。因此可以假設(shè)，多種抗生素的作用機(jī)制是引發(fā)細(xì)菌自身產(chǎn)生氧化損傷，而自身抗氧化能力較強(qiáng)或是氧化損傷造成的抗氧化能力增強(qiáng)的突變體則會(huì)具有更強(qiáng)的耐藥性，長(zhǎng)期使用抗生素類(lèi)藥物可能增加細(xì)菌的突變概率，使強(qiáng)耐藥性菌株產(chǎn)生的概率增加。研究ROS與細(xì)菌耐藥性之間的關(guān)系及其作用機(jī)制，對(duì)研發(fā)新型抗生素、控制抗生素濫用有著積極作用。

綜上所述，ROS在生物體中的作用不是單一的、絕對(duì)的，在研究時(shí)，應(yīng)全面分析其在生物體中的積極作用和消極作用，且應(yīng)更多地關(guān)注ROS的積極作用。細(xì)菌往往會(huì)通過(guò)某些途徑主動(dòng)生成較低水平的ROS，這些ROS在細(xì)菌中起到信號(hào)或是調(diào)節(jié)的作用，激發(fā)細(xì)菌某些特殊機(jī)制，如進(jìn)入防御狀態(tài)、輔助細(xì)菌入侵宿主細(xì)胞、抑制環(huán)境中其他競(jìng)爭(zhēng)者等。在以細(xì)菌為對(duì)象對(duì)ROS進(jìn)行研究時(shí)，應(yīng)將ROS與細(xì)菌生長(zhǎng)狀況、致病能力、相關(guān)基因表達(dá)水平等方面變化綜合分析，并深入研究ROS參與各種生命活動(dòng)的具體作用通路。

2 細(xì)菌活性氧研究中存在的問(wèn)題

雖然ROS已經(jīng)受到廣泛關(guān)注，但由于其本身的許多特殊性質(zhì)，造成了研究過(guò)程中的許多困難[46]。在研究細(xì)菌中的ROS時(shí)，存在的主要問(wèn)題有：由于ROS較高的活性和較低的穩(wěn)定性，這對(duì)觀測(cè)細(xì)菌中ROS含量的趨勢(shì)變化造成了一定的困難；ROS本身可以參與的反應(yīng)是多種多樣的，因此在研究細(xì)菌中的ROS時(shí)，很難同時(shí)對(duì)不同的反應(yīng)進(jìn)行分析，難以分析ROS發(fā)揮作用的具體途徑；ROS在細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞外的時(shí)間、空間上的分布復(fù)雜，在不同部位ROS的產(chǎn)生途徑和作用機(jī)制都不相同，目前的技術(shù)還難以做到針對(duì)細(xì)菌中某個(gè)準(zhǔn)確的時(shí)間點(diǎn)和部位的ROS進(jìn)行觀測(cè)和分析；ROS在生物體內(nèi)的存在情況很大程度上取決于生物體本身的狀態(tài)，細(xì)菌自身的生理狀態(tài)會(huì)很大程度影響ROS的產(chǎn)生，使實(shí)驗(yàn)的偶然性很大，而動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的不確定因素則更多；目前還是缺乏可靠的技術(shù)方法測(cè)定ROS在生物體內(nèi)的絕對(duì)濃度，即使測(cè)定相對(duì)濃度也有困難，測(cè)定細(xì)菌中的ROS時(shí)，通常使用熒光探針進(jìn)行檢測(cè)[47]，常見(jiàn)的有DCFH-DA，一般使用96孔板培養(yǎng)后用DCFH-DA孵育于酶標(biāo)儀中檢測(cè)熒光值[48]，也有報(bào)道使用流式細(xì)胞儀對(duì)單個(gè)細(xì)胞ROS水平進(jìn)行觀測(cè)[49]，但是這些檢測(cè)方法都存在無(wú)法測(cè)定絕對(duì)或相對(duì)濃度、無(wú)細(xì)節(jié)分辨能力等問(wèn)題。

3 展 望

近年來(lái)，大量的研究都在關(guān)注ROS與生物體的衰老、疾病、細(xì)胞凋亡之間的關(guān)系，試圖尋找ROS的具體作用通路，并推動(dòng)醫(yī)學(xué)的發(fā)展，探尋許多疾病的新的診斷、治療方法。細(xì)菌種類(lèi)多，在自然界中廣泛存在，增殖快，環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，細(xì)菌的各項(xiàng)生命活動(dòng)也與動(dòng)植物及人類(lèi)緊密相關(guān)，例如人體中的細(xì)菌數(shù)量、種類(lèi)以及生長(zhǎng)狀況在某種程度上反映了機(jī)體的健康狀況。因此，研究細(xì)菌中的ROS是ROS相關(guān)研究領(lǐng)域的重要組成部分，獲得的研究成果也對(duì)其他領(lǐng)域的研究有促進(jìn)作用。

對(duì)于細(xì)菌中ROS產(chǎn)生的途徑和方式，呼吸鏈途徑研究得較為深入，但是呼吸鏈上ROS的產(chǎn)量雖大，時(shí)間空間上的分布卻較為有限，產(chǎn)生后脫離呼吸鏈作用于其他部位的可能性較小。多數(shù)研究構(gòu)建與呼吸鏈中ROS產(chǎn)生相關(guān)的基因缺失菌株，可以達(dá)到使細(xì)菌ROS水平激增的效果，同時(shí)也會(huì)觀測(cè)到細(xì)菌各方面生命活動(dòng)的變化，但是這種手段也有一定的局限性，呼吸鏈中的關(guān)鍵基因缺失，雖然促使ROS的大量生成，但是呼吸作用可能也會(huì)受到影響，因此細(xì)菌各方面的變化并不一定是ROS激增造成的氧損傷，也有可能是呼吸作用受到阻礙造成的。因此，若要深入研究ROS在細(xì)菌中的具體作用，尋找未知的ROS產(chǎn)生的途徑和場(chǎng)所，還需發(fā)現(xiàn)類(lèi)似Nox蛋白可以在特殊部位針對(duì)性地產(chǎn)生ROS的物質(zhì)。雖然細(xì)菌體內(nèi)的ROS只在固定的部位產(chǎn)生且具有強(qiáng)氧化性，難以從產(chǎn)生部位向外部擴(kuò)散，但是經(jīng)ROS氧化的脂質(zhì)生成的醛類(lèi)物質(zhì)卻能夠較穩(wěn)定地存在，并擴(kuò)散至外部，損傷其他部位。因此可以假設(shè)，很多情況下ROS造成的損傷并非是其直接造成的，而是由ROS氧化某些生物大分子生成的具有一定氧化性的醛、酸等物質(zhì)間接作用造成的，對(duì)于這些ROS的氧化產(chǎn)物在細(xì)菌中的作用，在研究時(shí)不可忽視。此外，目前的研究對(duì)象多數(shù)為常見(jiàn)的、需氧型的菌種，還需關(guān)注一些在極端條件下生存的或是完全厭氧的細(xì)菌，這些細(xì)菌自身的抗氧化系統(tǒng)如何應(yīng)對(duì)外界的氧脅迫、ROS對(duì)其生長(zhǎng)的影響不應(yīng)忽視。

目前，針對(duì)細(xì)菌中ROS的研究涉及生物化學(xué)、分子生物學(xué)、微生物學(xué)、醫(yī)學(xué)等多個(gè)學(xué)科，取得了很多重要的成果，但是多數(shù)集中在研究ROS與細(xì)菌生長(zhǎng)、致病性、抗逆性之間的相關(guān)性，很多ROS具體的作用方式和作用通路尚不明確。同時(shí)，對(duì)ROS的研究還要依靠先進(jìn)的技術(shù)方法，解決目前ROS研究時(shí)不易觀察、實(shí)驗(yàn)結(jié)果偶然性大、ROS濃度難以測(cè)定等方面的問(wèn)題，這些則涉及物理、化學(xué)、材料學(xué)、工程機(jī)械和計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域。

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The Reactive Oxygen Species Generated by Bacteria and its Functions

LIU Wu-kang, WU Shu-yan, CHEN Guo-wei, ZHANG Chao, WU Man, LI Sen, LIU Qing

(Schl.ofMed.Instrum't&FoodEngin.,ShanghaiUni.forSci. &Technol.,Shanghai200093)

Reactive Oxygen Species (ROS) is a kind of oxygenous small molecular substance with extremely strong chemical activity generated during aerobic metabolism of aerobe and specific enzymes. It has two major generation approaches according to its production mechanism. The first one is ROS generated by single electron transfer in respiration. Generally the superfluous ROS generated from this approach has great oxidative damage to biomacromolecule and is closely related to many diseases. The second one is the small amount of ROS generated by specific enzymes. Usually believing, the ROS generated by this approach has the effect of killing invasive foreign microorganism. However, recently a large number of studies have shown that the ROS generated by this approach have multiple physiological functions such as signal molecular and genetic switch. Simultaneously, antioxidant system of organisms also can directly regulate the level of ROS. This paper observed on the research achievement of ROS in bacteria recently and the existing problems and the future development.

bacterium; reactive oxygen species; antioxidant system; function

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31371776)

劉武康 男，碩士研究生。研究方向?yàn)槭吃葱灾虏【虏C(jī)理。E-mail：liu_wukang@126.com

* 通訊作者。李森 女，博士，講師。研究方向?yàn)槭吃葱灾虏【虏C(jī)理。E-mail：lisen_1027@126.com

2015-03-23；

2015-05-06

Q936；Q505；Q507

A

1005-7021(2016)01-0089-07

10.3969/j.issn.1005-7021.2016.01.015

劉箐 男，博士，教授，博士生導(dǎo)師。研究方向?yàn)槭吃葱灾虏【虏C(jī)理及快速檢測(cè)技術(shù)研究。Tel：021-65710369,

E-mail：liuq@usst.edu.cn