《銅綠假單胞菌胞外聚合物性質及功能的高通量原位研究》是依託中國科學技術大學，由金帆擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：銅綠假單胞菌胞外聚合物性質及功能的高通量原位研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：金帆
- 依託單位：中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
胞外聚合物的分泌是細菌生物被膜形成的必要條件。它的性質和功能與生物被膜的形成機制緊密相關。由於缺少原位表征胞外聚合物性質和功能的方法，導致現今的研究基本和生物被膜形成的機制脫節。因此, 我們擬通過將分子生物學、微流控技術和多種顯微鏡手段結合，給出一整套的高通量解決方案以便在生物被膜形成過程中，（1）定量表征細菌表面粘附的微觀狀態和胞外聚合物在細菌和表面間產生的粘附力、摩擦力以及胞外聚合物的微流變性質；（2）實時監測胞外聚合物中特定物質的分泌和其在表面上的分布；和 （3）定量研究細菌在表面上的粘附、運動、脫附和聚集行為。利用所建立的全新方法，我們將以銅綠假單胞菌為模型在其生物被膜形成的中前期定量研究它所分泌胞外聚合物的性質、功能和細菌行為之間的內在關聯，從而在機制上闡明胞外聚合物所行使的功能。希望通過掌控的規律來設計和製備能幹擾胞外聚合物性質和正常功能的表面，從而探索控制細菌表面行為的新方法。
結題摘要
生物被膜的形成將導致多種難以用抗生素治療的急、慢性感染，從而嚴重威脅人類的健康。細菌在表面上的初始粘附是生物被膜形成的必要條件。在此大背景下，我們系統的研究了在生物膜形成的初期過程中和細菌粘附行為密切相關的兩個主題。在第三個主題中，我們還進一步地發展了瓦解細菌生物被膜形成的新策略。植介入性醫療器械的廣泛使用會大幅增加相關感染的可能性。在這類感染髮生的過程中，細菌在這些醫療機械錶面的初始粘附以及在流場剪下下如何保持粘附的機制仍不清晰。在第一個研究主題中，我們通過系統的研究發現在銅綠假單胞菌中存在一種異化表型，處於這中表型的細菌可粘附在多種高分子材料表面且可抵抗強流場的剪下。由這種抗強流剪下表型細菌所形成的生物被膜對於氨基糖苷類抗生素的耐受性顯著強於普通表型細菌所形成的生物被膜。進一步的研究表明：銅綠假單胞菌是通過過表達胞外蛋白CdrA去交聯胞外多糖Psl形成Cdr-Psl複合體，從而實現細菌對多種高分子材料表面的抗強剪下的粘附，據估算粘細菌與基底的附強度可達50 N/mm2。抗強流場剪下的粘附細菌的發現以及其表面粘附機制的闡明為生物醫療器械使用介導的細菌感染性疾病的防治提供新的理論基礎，具有非常重要的臨床套用價值。處於對數生長的浮游狀態菌群通常被認為處在生理以及表型均一的狀態。在第二個研究主題中，通過結合高時空分辨的顯微鏡與單細菌追蹤技術，我們卻發現處在對數生長期浮游的銅綠假單胞菌在表面粘附時存在顯著分化，即：約有80%的細菌可在15分鐘內完成對表面的快速粘附，而剩下20%的細菌只緩慢的粘附於表面。進一步地研究發現：（1）細菌快慢表面粘附的分化是由細菌生產、分泌胞外多糖Psl分化所導致的；（2）生產、分泌胞外多糖Psl分化是由RsmYZ/RsmA 基因調控迴路所控制。 我們的研究還發現，快慢粘附表型的分化會進一步的影響後續細菌生物被膜的形成。在第三個研究主題中，我們利用合成生物學的思路去探索細菌生物被膜防治的新策略。在這個研究主題中我們首先將藍光激活磷酸雙組份系統整合入了銅綠假單胞菌的基因組。我們首先在銅綠假單胞菌中完成利用藍光對綠色螢光蛋白表達的精確控制的測試。然後我們利用該系統控制磷酸二酯酶PA2133在菌中的表達從而實現利用藍光控制第二信使分子環鳥苷二磷酸（c-di-GMP）的目的。通過對c-di-GMP的調控。我們實現了利用藍光的輻照阻止細菌生物被膜形成的目的。
