基于COMSTAT软件对微生物被膜进行定量分析的方法与意义

目的:微生物被膜是一种具有协调性、功能性和高度结构性的膜状复合物,它可以为微生物提供良好的生存环境,免受外界因素的干扰。研究发现,具有产生微生物被膜能力的细菌治病性明显增强,而现今缺乏一种分析微生物被膜的有效手段。本文探讨利用COMSTAT软件对微生物被膜进行定量分析的方法和意义,为对微生物被膜定性定量分析提供支持手段,从而为研究微生物被膜致病性提供方法理论基础。方法:以葡萄球菌为研究模型,利用激光扫描共聚焦显微镜成像技术,结合COMSTAT微生物被膜分析软件对微生物被膜的单位面积生物量、基质覆盖率、平均厚度、粗糙系数等方面进行定量分析,研究了该葡萄球菌的生物被膜生长变化过程,并考察了抗生素对其生物被膜的抑制作用。结果:在葡萄球菌生物被膜生长过程中,生物量、平均厚度以及平均扩散距离等结构指标数值都有明显增加,而粗糙度和表面积与生物量比值呈现降低趋势,表明了微生物被膜由发生向成熟的转化过程。与此同时,经10μg/mL和100μg/mL的卡那霉素处理得到的葡萄球菌微生物被膜生长受到明显抑制,且随着卡那霉素的浓度增加,抑制效果随之增加。结论:本文运用COMSTAT软件的分析方法首次从生物量、平均厚度等结构指标数值的角度描述了葡萄球菌生物被膜,从而有效评价微生物被膜发生、发展、成熟以及崩解的生长过程。该技术在研究微生物被膜形成的理论机制方面存在潜在价值,可以为研究微生物被膜治病性提供理论基础,具有理论指导意义。     

微生物被膜(Biofilm)的社会学特征

微生物被膜(biofilm)是一类具有高复杂性和高自组织特性的生物结构,由多种微生物(细菌、古菌、藻类、微小真核生物)和生物基质(多糖、蛋白、脂肪酸等)组成,具有特定的组织结构和生态学功能,在微生物定殖、生态位构建和环境适应性上具有重要作用.许多微生物行为,如病原感染、毒素产生、耐药能力、生物污损以及管网堵塞等都与微生物被膜的存在有关.这些事件的形成充斥着多样化的微生物行为,包括信号交流,合作/竞争、劳动分工以及逆境环境下的"菌工智能"等.这些特征越来越多地显示出Biofilm的社会学特性,而这一特性也提供了深入认识Biofilm的新视角.据此,以Biofilm的3D结构为基础,以膜内的通讯语言、协作方式,以及智能化的抗逆表现(环境应激、协同进化)为重点来阐述它的社会学特征,以期更好地认识Biofilm的属性,加深对微生物社会学的认识.     

海洋微生物铁载体的研究进展

铁是影响初级生产力的主要限制性因子之一,其在海洋环境中的分布具有空间异质性。由于铁在海洋中主要以溶解度较低、易沉降的三价态(Fe³⁺)形式存在,因此溶解铁对海洋生物而言是一种稀缺资源。为了获得生命代谢所需的铁,微生物进化出多种铁摄取的策略来满足需求,其中铁载体(siderophores)是最典型的代表。铁载体作为重要的代谢辅因子,除了铁循环以外,也强烈影响着其他元素的循环。基于铁载体的重要性,深入理解它的合成、转运和调控机制是系统认识海洋铁循环和生命过程的重要环节之一。本文以近20年的研究为重点,总结了铁载体的最新进展,包括其类型、合成/运输系统、获取途径、调控机制以及铁载体的功能与应用,旨在更好地认识铁载体在海洋微生物生态学过程中的作用,加深对海洋铁循环动力学机制的理解。     

浮游细菌群落变化对锥状斯氏藻藻华的影响

目的:本实验以大亚湾原发性锥状斯氏藻为例,采集野外样品,分析藻华不同时期主要菌群的结构和环境样品的硫化物与赋存形态。方法:应用末端限制性片段长度多态性技术和主成分分析方法,分析藻华发生过程中浮游细菌群落相似程度的情况,得到差异显著的浮游细菌类群。选出代表类群的样品进行16S r DNA高变区测序,获取浮游细菌的分类结果及相对丰度。采用Pearson相关性分析浮游细菌、藻、硫化物两两间的相互关系。结果:早期藻华以Enterobacteriaceae为主导,各优势菌群(Enterobacteriaceae:Alteromonadaceae:Rhodobacteraceae)的比例约为8:1:21,硫元素主要以DMS形式存在;而后期Alteromonadaceae成为优势物种,各优势菌群的比例转变为3:5:25,硫的赋存形态由DMS转变为DMSO;Rhodobacteraceae在藻华的前期与后期均以优势种存在。本实验还发现藻华不同时期4种与藻呈正向相关的细菌,以及8种对藻起负向调节作用的细菌,它们在藻华生消的过程中扮演着不同的角色。结论:菌群的组成性改变与藻华生消具有一定的相关性,并对藻类的硫代谢产生影响。结果的获得有助于认识藻华微生物学过程中硫代谢的生态学功能,拓展锥状斯氏藻藻华的理论认识。     

一株奇异变形杆菌对铜绿假单胞菌多细胞行为的抑制作用

目的：抗生素耐药性成为了全球性的健康问题。研究发现病原菌的多细胞行为在抗生素的耐药性中起着至关重要的作用（尤其是生物膜）,因而通过抑制多细胞行为而控制耐药性成为当务之急。本文以奇异变形杆菌（Proteus mirabilis）为研究对象,考察它的发酵滤液对一种机会致病菌——铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）多细胞行为的作用,以期得到一株多细胞行为抑制菌：在不影响Paerugiliosa生长的前提下,抑制生物膜形成、EPS产生以及定向丛集运动,解除保护,减缓扩散,为降低Paemgi—nosa耐药性,增强抗生素作用效果提供可能。方法：采用结晶紫生物膜测定法、蒽酮一硫酸法、平板检测法,探究Pmirabilis发酵滤液对Paemginosa生物膜、胞外多聚物、定向丛集运动和生长的影响。结果：Pmirabilis发酵滤液能显著抑制Paeruginosa生物膜量,在体积百分比浓度为1％时,抑制率可达60．9％。该菌的发酵滤液还能阻碍Paeruginosa的定向丛集运动,减弱它的吸附和扩散运动;同时,也减少了Pacrugillosa胞外多聚物的产量,在滤液体积百分比浓度为1％时,抑制率达到45．9％。更重要的是,固体平板实验证明该发酵滤液对P．aemginosa的生长没有影响。结论：Pmirabilis在不影响病原菌生长的前提下,对病原菌的多细胞行为有一定的控制作用。其发酵滤液中存在着抑制微生物膜、定向丛集运动等的成分,在治疗细菌感染性疾病和降低抗生素耐药性方面有潜在应用价值。     

微生物群体感应抑制剂及其在海洋生态中的应用

微生物具有结构多样性和功能多样性,其生态行为受多种信号因子的调节,其一便是群体感应信号(Quorum sensing,QS)。QS可作为菌群的通讯语言调节多种生物学功能,包括微生物被膜(Biofilm)的形成、毒力因子的表达、抗生素的分泌以及活性物质的生成等。相比之下,群体感应抑制剂(Quorum sensing inhibitor,QSI)的作用与QS相反,它能阻断QS信号的合成或传递、降低细菌致病性、干扰Biofilm的生成、阻断QS级联效应,因而被广泛应用于医药、农业和环境等领域。本文聚焦QSI,对其来源、特性、作用机制的最新进展进行总结,并对其在海洋生态领域上的应用进行综述,以期为QSI物质的开发和海洋生态资源的有效利用提供新思路。     

赤潮过程中“藻-菌”关系研究进展

微生物对促进海洋物质循环,维持水生环境的生态平衡具有重要作用。在赤潮事件中,基于微生物(尤其是细菌)的多样性和重要性,它们与藻类之间的相互关系成为了研究的热点。过去20年里,人们从不同角度对"藻-菌"间的关系进行了探索,包括物理学过程、生物学过程、环境过程以及化学过程。就化学过程而言,它作为一种较早出现的技术,在以往的研究中带给人们许多认识藻菌关系的方法。随着学科的渗透,化学法有了拓展与延伸,为人们认识藻菌关系带来了新的契机。从化学生态学领域来梳理"藻-菌"关系中涉及的现象和行为,包括菌对藻的有益面、菌对藻的有害面、以及藻类应答细菌行为的化学途径;并从信号语言(群体感应、化感作用)的角度来阐释两者之间的互生或克生关系。通过文献综述的方式来解读藻菌关系的互作过程和机理,为认识赤潮的发生和防控方法提供借鉴。     

动物组织蛋白酶L-like基因家族的进化分析

目的:组织蛋白酶L-like家族是在溶酶体中发现的一类非常重要的半胱氨酸组织蛋白酶。其主要功能为催化各种蛋白质的水解,并通过水解蛋白质参与到许多的生理调节过程当中。根据序列比对分析和传统的功能分类,在动物中,组织蛋白酶L-like家族成员包括组织蛋白酶L、V、S、K、H和F。但是这些家族成员之间的进化关系仍然没有详细研究分析清楚。本课题主要研究组织蛋白酶L-like家族成员之间的进化关系。方法:本研究通过搜集整理22个物种的177条组织蛋白酶L-like家族蛋白的序列,并构建系统发育进化树来分析组织蛋白酶L-like家族各成员之间的进化关系。结果:序列数据结果显示,串联重复在组织蛋白酶L-like家族的进化过程中发生。斑马鱼的组织蛋白酶L,爪蟾的组织蛋白酶S和K,大鼠和小鼠的组织蛋白酶L都发生过明显的串联重复事件。进化树结果显示了组织蛋白酶H、S和K、L和V之间的进化关系,组织蛋白酶S和K在脊椎动物出现的进化过程中,从组织蛋白酶L中分化出来,与他们在脊椎动物体内的特异性功能,以及脊椎动物在进化过程中分化产生的特异性功能相对应。结论:在物种进化的过程中,组织蛋白酶L-like家族成员F、H、S和K、L和V按时间顺序分化,这表明组织蛋白酶L-like基因家族结构和功能的分化与新的物种和新的功能出现密切相关。     

动物组织蛋白酶L=like基因家族的进化分析

目的：组织蛋白酶L-like家族是在溶酶体中发现的一类非常重要的半胱氨酸组织蛋白酶。其主要功能为催化各种蛋白质的水解,并通过水解蛋白质参与到许多的生理调节过程当中。根据序列比对分析和传统的功能分类,在动物中,组织蛋白酶L．1ike家族成员包括组织蛋白酶L、V、S、K、H和F。但是这些家族成员之间的进化关系仍然没有详细研究分析清楚。本课题主要研究组织蛋白酶L-like家族成员之间的进化关系。方法：本研究通过搜集整理22个物种的177条组织蛋白酶L-1ike家族蛋白的序列,并构建系统发育进化树来分析组织蛋白酶L-like家族各成员之间的进化关系。结果：序列数据结果显示,串联重复在组织蛋白酶L-1ike家族的进化过程中发生。斑马鱼的组织蛋白酶L,爪蟾的组织蛋白酶S和K,大鼠和小鼠的组织蛋白酶L都发生过明显的串联重复事件。进化树结果显示了组织蛋白酶H、S和K、L和V之间的进化关系,组织蛋白酶S和K在脊椎动物出现的进化过程中,从组织蛋白酶L中分化出来,与他们在脊椎动物体内的特异性功能,以及脊椎动物在进化过程中分化产生的特异性功能相对应。结论：在物种进化的过程中,组织蛋白酶L-1ike家族成员F、H、S和K、L和V按时间顺序分化,这表明组织蛋白酶L-1ike基因家族结构和功能的分化与新的物种和新的功能出现密切相关。     

微生物在藻际环境中的物质循环作用

浮游植物作为海洋初级生产力的主要驱动者,其功能的发挥与共生微生物密不可分.藻类(甲藻、硅藻或蓝藻)的栖息环境中存在多样的共生细菌,各类细菌拥有不同的组成比例,但某些异养细菌在藻际环境中总是占据优势地位,如变形杆菌、黄杆菌及放线菌等.基于微生物在调节微食物网、促进物质循环和维持生态系统平衡中的重要意义,本文主要以赤潮事件的藻际环境为例,尝试梳理上述主导性“常驻微生物”在“藻-菌”共生体物质转化中的作用.特别是针对近些年来倍受关注的黄杆菌和玫瑰杆菌,着重例述了它们在物质代谢中的行为与生态策略,以更好地理解常驻物种在藻际生态位中的生态行为与协同进化.