微生物在界面初始粘附的单细胞分析

论文摘要

生物膜是微生物的一种重要聚集生长形式。因其潜在的生物污染危险及其具有的污染物降解能力,生物膜的调控已成为一个跨学科的重大命题。微生物界面粘附是生物膜形成和发展的先决条件。理解粘附过程,可以增进我们对生物膜形成过程的了解,并为调控生物膜提供指导。因其重要地位,细菌粘附过程已被广泛研究。但是,由于细菌结构及细菌-界面相互作用的复杂性,传统基于细菌群体的分析方法难以描述细菌界面粘附的微观动态过程。单细胞层次的细菌微观粘附过程仍缺乏有效的分析方法。为解决上述问题,我们提出了基于等离子体共振显微成像的细菌界面粘附的分析新方法。实现了对细菌粘附早期过程的单细胞级别分析。利用表面等离子体共振显微镜高速、高灵敏的优势,我们考察了界面电性、细菌表面性质对微生物界面粘附过程及细菌-界面相互作用的影响,具体工作包括:（1）以模式菌株Escherichia coli JM109和Bacillus thuringiensis为研究对象,利用表面等离子体共振显微镜分别研究了界面物理化学性质、溶液离子强度对细菌界面粘附微观动态过程的影响;表明了界面带电量对细菌粘附微观过程的重要性;试验结果表明,随着界面正电荷的增加,细菌-界面的微观粘合时间缩短了 82%,距离位置降低了 43%,同时细菌稳定附着于界面的比例提高了 3.3倍,这些微观表型的变化从而相应地引起了粘附数量及粘附速度提高1.5倍;类似地,通过对细菌在PEG修饰表面上运动的追踪,分析了 PEG表面电性对细菌粘附稳定程度的影响,试验结果发现了细菌在PEG-COOH表面上水平方向振动振幅大小是在PEG-NH2表面的4.75倍,运动速度是其的6.75倍,再次验证了正电表面利于单细菌的微观粘附;描述了离子强度的降低会导致细菌-界面静电排斥显著增加,导致细菌很难突破势垒,从而抑制细菌粘附。（2）以模式革兰氏阴性细菌Esrcherichia coli JM109和模式革兰氏阳性细菌Bacillus Subtilis 96作为对象,研究了细菌EPS含量、表面细胞壁结构对细菌界面粘附微观过程的影响。在高离子强度条件下,EPS可以增强显著细菌粘附强度,限制细菌的界面垂直振动,相较于离子交换树脂去除EPS的细菌弹簧常数,EPS的存在使弹簧系数提高100%。通过比较E.coli JM1 09和B.Subtilis 96的粘附行为,发现细胞壁结构明显影响其粘附结果。E.coli JM109界面粘附速率可达B.Subtilis 96的5倍,并且,E.coli JM1 09粘附的稳定程度及不可逆性均明显强于B.Subtilis 96,初步表明了革兰氏阴性菌表面的脂多糖结构对细菌粘附的贡献。本课题拓展了基于表面等离子体共振显微成像技术在细菌界面粘附的应用,为理解微生物界面粘附本质提供了有力依据,进一步完善了生物膜的形成机制和调控机制,对控制生物污染具有应用价值。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张婷

导师: 刘贤伟

关键词: 微生物界面粘附,表面等离子体共振显微成像,单细菌,静电作用,胞外聚合物,脂多糖

来源: 中国科学技术大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 生物学,化学

单位: 中国科学技术大学

分类号: Q93;O647.4

总页数: 63

文件大小: 4437K

下载量: 143

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