来自普林斯顿大学分子生物学系、化学系以及达特茅斯医学院（Dartmouth Medical School）的研究人员发现了细菌如何相互交流的一个关键机制，这是霍乱和其它细菌疾病治疗的一个重要研究突破，也将导致一个完全新类型的抗生素的产生。这一研究成果公布在《自然》杂志上。
这一机制即霍乱菌（cholera bacteria）利用一种化学物质相互传递信息，这种化学物质称为CAI-1，目前已被分子生物学家Bonnie Bassler实验室分离出来，其研究小组发现这种化学物质也可以用来扰乱细菌的交流，因此也许可以用于阻遏这一疾病的发生，这项发现将导致一个完全新类型的抗生素的产生。
文章第一作者，Bassler实验室研究生Doug Higgins表示，“诱发疾病的细菌用一种化学预言相互交流，现在我们能通过干扰它们的交流来控制传染”，“这篇文章虽然是针对霍乱，但是以其为范例，我们可以控制其它细菌。”
这一发现代表着科学家们在群体效应（Quorum sensing，近来日益受到广泛关注的一种细菌群体行为调控机制）机制研究方面的最新进展，Bassler实验室针对群体效应已研究了10多年了，主要关注于单细胞细菌如何感知周围围绕的其它细菌，它们通过发送能识别的化学信号相互交流，当这些信号积累得够多的时候，细菌就会作为一个团体作出应答。
这些小生物的一些团体行为是无害的，比如形成一个稀薄的菌群，但是一些细菌则会造成严重的后果，比如霍乱这样一种常由于饮用了不干净的水而引起的疾病，当霍乱菌膜（biofilm）在肠道中形成的时候，细菌入侵者只需几个小时就能进入感染的最严重阶段。
Bassler说，“形成菌膜是霍乱发生的一个关键步骤”，“它们在自身覆盖上一层黏粘物，作为盾牌抵抗抗生素的袭击，从而能快速繁殖，当感知到数目到达了一定数量，这些细菌就会试图离开宿主”。霍乱病毒也是如此，它们繁殖到一定程度就会寻找机会离开，攻击另一个生物体。霍乱菌在肠道中分离开来，这有利于它们释放毒素，这些毒素刺激宿主，从而身体反应出希望通过呕吐和痢疾将它们排出，如果机体没有及时补充水分，就会当天死亡。
Bassler研究小组意识到这些霍乱菌一定通过一些未知的化学成分相互进行交流，指引在适当的时候停止繁殖，逃逸出生物体，但是至今还没有人知道这种化学物质是什么。
“我们一般都知晓细菌在群体效应中相互交流，但是我们并不知道霍乱使用的是哪一种化学物质”，Bassler说，“Doug领导了这一艰苦的工作，并最终发现了这种物质。”
Higgins分离出了CAI-1，之后另外一名Martin Semmelhack实验室的研究生Megan Pomianek研究出了如何在实验室里合成这种分子，Higgins利用这种化学物质在实验室水平上控制了霍乱的行为。
他们发现当缺乏CAI-1时，霍乱菌就和一般病原菌一样，但是细菌检测到了足够多的这种化学物质，那么它们就会停止制造菌膜，释放出毒素，寻找机会离开机体。Higgins说，“我们的发现说明如果你给霍乱菌提供CAI-1，就等于开启了它们停止攻击的开关。”
威斯康星大学麦迪逊分校（University of Wisconsin Madison）的化学家Helen Blackwell赞叹这项发现是群体效应研究的一个重要突破，而且对于医学研究也意义重大。
目前研究人员已在小鼠实验中证明了CAI-1可以治愈霍乱，Bassler表示，“我们也希望了解这一化学物质在细胞中是如何行使功能的，另外，最好的治愈霍乱的方法是给全世界提供干净的饮用水。”
原始出处:
Nature advance online publication 14 November 2007 | doi:10.1038/nature06284; Received 12 August 2007; Accepted 19 September 2007; Published online 14 November 2007
The major Vibrio cholerae autoinducer and its role in virulence factor production
Douglas A. Higgins1, Megan E. Pomianek2, Christina M. Kraml3, Ronald K. Taylor4, Martin F. Semmelhack2 & Bonnie L. Bassler1,5
Department of Molecular Biology,
Department of Chemistry,
Lotus Separations LLC, Princeton University, Princeton, New Jersey 08544, USA
Department of Microbiology and Immunology, Dartmouth Medical School, Hanover, New Hampshire 03755, USA
Howard Hughes Medical Institute, Chevy Chase, Maryland 20815, USA
Correspondence to: Bonnie L. Bassler1,5 Correspondence and requests for materials should be addressed to B.L.B. (Email: bbassler@princeton.edu).
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Vibrio cholerae, the causative agent of the human disease cholera, uses cell-to-cell communication to control pathogenicity and biofilm formation1, 2. This process, known as quorum sensing, relies on the secretion and detection of signalling molecules called autoinducers. At low cell density V. cholerae activates the expression of virulence factors and forms biofilms. At high cell density the accumulation of two quorum-sensing autoinducers represses these traits. These two autoinducers, cholerae autoinducer-1 (CAI-1) and autoinducer-2 (AI-2), function synergistically to control gene regulation, although CAI-1 is the stronger of the two signals. V. cholerae AI-2 is the furanosyl borate diester (2S,4S)-2-methyl-2,3,3,4-tetrahydroxytetrahydrofuran borate3. Here we describe the purification of CAI-1 and identify the molecule as (S)-3-hydroxytridecan-4-one, a new type of bacterial autoinducer. We provide a synthetic route to both the R and S isomers of CAI-1 as well as simple homologues, and we evaluate their relative activities. Synthetic (S)-3-hydroxytridecan-4-one functions as effectively as natural CAI-1 in repressing production of the canonical virulence factor TCP (toxin co-regulated pilus). These findings suggest that CAI-1 could be used as a therapy to prevent cholera infection and, furthermore, that strategies to manipulate bacterial quorum sensing hold promise in the clinical arena.
