摘要:生物被膜 (Biofilm) 是微生物生存的主要形式。一种或多种微生物通过胞外多糖、胞外DNA、蛋白质等组成的基质聚集在一起形成生物被膜。生物被膜中的微生物细胞之间存在密切的信号通讯，并且表现出与营浮游生活时完全不同的生理代谢特征，其发育过程受到细胞第二信使环二鸟苷单磷酸 (c-di-GMP) 等的控制。由于生物被膜在基础生命科学和在医疗、工业、农业、环境治理等应用科学中的重要性，相关研究是微生物学领域的前沿之一。本期专刊从生物工程、研究技术、感染与免疫、环境生物学和植物病理学等角度，较系统地对生物被膜的形成机制、调控分子机理、理化特性和应用技术等进行了综述或研究，展示了我国在本领域的研究水平，同时也对本领域未来发展趋势进行了有益的讨论。

摘要:环二鸟苷单磷酸 (c-di-GMP) 是细菌中广泛存在的一类核苷类第二信使分子，能够调控细菌的生物被膜形成、运动性、黏附、毒力以及胞外多糖的产生等众多生理活动。核糖开关是mRNA 5′-非翻译区(5′-Untranslational region, 5′-UTR) 的一段RNA序列，包含可以识别并结合配体的保守序列——适配体区(Aptamer domain, AD)，以及结构多变、可以调控下游编码基因的表达平台区 (Expression platform, EP)。当代谢物分子浓度比较高时，其与适配体区结合，引起下游的表达平台区发生构象变化，进而实现对下游基因的调节。目前已发现c-di-GMP-Ⅰ和c-di-GMP-Ⅱ两类c-di-GMP的核糖开关。它们通过特异性地结合c-di-GMP，调控种类繁多的下游基因的表达。c-di-GMP-I核糖开关分布广泛，尤其在厚壁菌门 (Firmicutes) 和变形菌门 (Proteobacteria) 的细菌中最为丰富。c-di-GMP-Ⅱ核糖开关具备变构核酶的功能，结合c-di-GMP后在其非典型剪切位点处发生结构变化，调节下游基因表达。文中围绕c-di-GMP核糖开关的发现、功能、分类以及下游调控基因的功能进行综述与分析。

摘要:细菌生物被膜是细菌持续性致病的重要机制。研究细菌生物被膜的形成和发展可为顽固性细菌感染防治提供新的思路与策略。环二腺苷酸c-di-AMP (Cyclic diadenosine monophosphate) 是继c-di-GMP之后在细菌中新发现的一种核苷酸第二信使分子。研究发现，c-di-AMP参与调节细菌多种生理功能，包括细菌生长代谢、生物被膜形成、细胞壁的合成以及细菌毒力因子等。本文综述了c-di-AMP参与调控细菌生物被膜形成的不同方式及其分子机制。鉴于c-di-AMP在调控细菌生物被膜中的重要性，其可作为抗细菌生物被膜感染新药研发的潜在靶点。

摘要:环二鸟苷单磷酸 (cyclic di-GMP或c-di-GMP) 是细菌细胞中广泛存在的第二信使，调控细菌生物被膜发育、致病力、运动性、胞外多糖产生及细胞周期在内的诸多重要生理表型。c-di-GMP通过结合多种类型的效应子 (包括核糖开关或效应蛋白) 来发挥调控功能。由于c-di-GMP分子在构象上具有多变性，其结合的效应子同样具有多样性。新型效应蛋白的筛选、鉴定是当前细菌信号转导领域的研究热点和难点，也是解析c-di-GMP调控机制的首要环节。本文在阐述c-di-GMP结合不同类型的效应蛋白并调控细菌生物被膜发育的基础上，综述了目前筛选c-di-GMP效应蛋白的方法，包括遗传筛选、亲和色谱结合质谱鉴定、DRaCALA系统鉴定以及基于分子对接的预测等。同时，对验证c-di-GMP效应蛋白的技术，如等温微量热滴定、表面等离子共振、微量热泳动在内的多种验证方法进行了总结，对比了这些策略和方法在应用上的优、缺点，为在细菌及其真核宿主基因组水平鉴定c-di-GMP效应蛋白的研究提供参考。

摘要:生物被膜涉及到人类生产生活的方方面面。生物被膜的形成有时是有益的，可用于生物降解、生物催化等；但同时也造成了诸多不利的影响，医疗领域中的感染性疾病、工业生产中的生物污损等均与生物被膜的形成有关。生物被膜形成过程中的物理性质决定着生物被膜的形态结构以及机械稳定性，对它在应对外界环境刺激并得以生存具有重要的意义。本文介绍了生物被膜形成初期和发展过程中的物理性质以及相应的表征手段。其中，细菌的表面粘附由细菌的近界面运动行为及细菌与表面的相互作用决定，并对生物被膜的初期形成起关键的作用。此外，机械性能测试发现成熟的生物被膜可看作具备粘弹性的聚合物。

摘要:原子力显微镜 (AFM) 作为一项重要的表面可视化技术，以其独特的优势 (纳米级的空间分辨率、皮牛级力灵敏度、免标记、可在溶液环境下工作) 被广泛应用于生物被膜的研究。AFM不仅可以在近生理环境下对生物被膜表面超微形貌进行可视化表征，同时还可以通过纳米压痕对生物被膜的机械特性 (弹性和黏性) 进行定量测量，利用AFM单细胞和单分子力谱技术可以获得生物被膜形成过程中细胞-基底以及细胞-细胞之间的相互作用力，为生物被膜的实时原位系统研究提供了可行性。本文简述了AFM的基本操作原理，综述了近年来AFM用于生物被膜表面超微结构成像、机械特性测量以及相互作用力研究方面的进展，并对AFM在生物被膜研究中面临的问题和未来的发展方向进行了讨论。

摘要:细菌生物被膜是粘附于物体表面的由细菌细胞及其胞外物质组成的复杂膜样物聚集体，具有很强的耐药性和免疫逃逸能力。生物被膜内细菌的代谢活性、运动状态等与浮游细菌有明显区别。近年来，先进的显微成像技术结合新型图像处理方法，在研究细菌的运动、生理等方面发挥了重要作用。本文围绕生物被膜，概述了细菌显微追踪技术在其研究中的应用。主要从细菌的运动方式和生物被膜形成过程的调控两方面出发，介绍了在单细胞水平上利用该技术研究生物被膜的进展，包括细菌的游泳、蹭行、群集运动和多种信号通路调控下生物被膜的形成过程等，并展望了该技术在生物被膜其他相关研究领域的应用前景。

摘要:细菌的生物被膜是其在自然界中一种常见的生存状态。生物被膜的形成是细菌耐药性产生的主要机制之一，也是许多感染性疾病难以控制的重要原因。由于生物被膜在传染性疾病中的突出地位和细菌多重耐药性的蔓延，目前急需研制开发出能够调节生物被膜形成的新型抗菌药物。文中对调节生物被膜形成和发育的小分子抑制剂进行了详细的综述。

摘要:环二鸟苷酸 (Bis-(3′-5′) cyclic diguanylic acid, c-di-GMP) 是细菌所特有的一类核酸类第二信使，参与并调节细菌多种生理功能，包括细胞分化、生物被膜的形成以及致病因子的产生等。阻断c-di-GMP信号的传导对于发展新型抗菌药物具有重要的意义。现有研究结果表明，基于c-di-GMP调控的信号通路开发新型抗菌药物具有3类潜在的靶点，分别是c-di-GMP合成酶 (DGCs)、c-di-GMP降解酶 (PDEs) 以及c-di-GMP受体。文中根据上述3类关键靶点，介绍了相关小分子抑制剂的研究进展，并展望了c-di-GMP信号分子抑制剂的发展方向。

摘要:乳酸锌 (Zn lactate·3H2O) 和氟化亚锡 (SnF2) 常作为牙膏中的活性物质添加剂用来预防龋齿及口腔生物被膜的形成。文中评估了Zn lactate·3H2O和SnF2对铜绿假单胞菌、鲍曼不动杆菌和变异链球菌生物被膜的作用。对铜绿假单胞菌PAO1生物被膜的抑制实验证实乳酸锌和氟化亚锡都具有抑制其生物被膜的功能，联用效果尤佳。乳酸锌通过干扰胞外多糖基质网的形成起作用，而氟化亚锡则可以明显降低生物被膜的生物量。更为重要的是，工作浓度的两种化合物联用几乎可以完全抑制3种实验菌株生物被膜的形成。

摘要:生物被膜是单细胞微生物通过其分泌的胞外多聚基质粘附于介质表面并将其自身包绕其中而成的膜样微生物细胞聚集物。生物被膜的形成使细菌具有更强的适应外界环境的能力，也是导致微生物产生耐药性及慢性感染性疾病难以治疗的重要原因之一。铜绿假单胞菌在肺部的定殖是肺囊性纤维化病患者发病和死亡主要原因，其造成的感染通常与形成抗生素抗性极强的生物被膜有关。铜绿假单胞菌生物被膜的形成受控于多种复杂的细菌调控体系之下，包括群体感应系统及参与调节胞外多聚基质合成的双组分调控系统等。此外，为了利用低浓度的环境铁来维持生存并完成各种生理功能，铜绿假单胞菌进化出了一系列铁摄取系统，这些系统对其毒力因子的释放和生物被膜的形成又起着重要的调控作用。本文主要对铜绿假单胞菌生物被膜的形成与调控机制及其铁摄取系统进行了综述，为进一步了解及清除铜绿假单胞菌引发的问题提供途径与思路。

摘要:鼠疫耶尔森氏菌 (Yersinia pestis，以下简称“鼠疫菌”) 是烈性传染病鼠疫的病原菌，以鼠蚤作为传播媒介。鼠疫菌在其传播媒介鼠蚤的前胃中形成生物被膜从而促进其在宿主间传播。鼠疫菌生物被膜的形成受第二信使分子环二鸟苷酸 (c-di-GMP) 的正向调控。鼠疫菌中c-di-GMP由二鸟苷酸环化酶 (DGC) HmsT和HmsD合成，由磷酸二酯酶 (PDE) HmsP降解。文中主要介绍影响鼠疫菌环二鸟苷酸代谢及生物被膜形成的调控因子，并对其作用机制进行讨论和总结。

摘要:宏基因组学方法直接提取环境中的全部微生物基因组DNA，并使其得到功能性表达，为微生物天然产物的开发利用提供了新的方法。利用功能宏基因组学技术，使用大肠杆菌-链霉菌穿梭载体构建四川峨眉山土壤宏基因组文库，并将文库菌中所携带的环境DNA接合转移到链霉菌宿主中。通过活性筛选获得两个具有抗菌活性的阳性链霉菌克隆，其发酵粗提物对金黄色葡萄球菌生物被膜的形成均有很好的抑制作用，当浓度达到2 MIC (Minimum inhibitory concentration) 时，抑制作用超过90%；同时，两种粗提物样品对金黄色葡萄球菌生物被膜也存在显著的清除作用，其中EM110样品对金黄色葡萄球菌生物被膜的清除率高于EM123样品。本文通过功能宏基因组学技术，直接从土壤中筛选获得了对金黄色葡萄球菌生物被膜有较强抑制及清除作用的活性物质。

摘要:生物被膜状态的霍乱弧菌具有极强的环境适应性和超高的感染性，生物被膜的发育调控研究对霍乱弧菌的宿主感染和环境适应非常重要。本文综述了近年来霍乱弧菌生物被膜研究结果，包括霍乱弧菌生物被膜的组成、发育和环境调控，尤其着重阐述了各种环境因子对霍乱弧菌生物被膜发育的影响，包括细菌自体信号分子、自然环境因子和宿主信号分子。

摘要:口腔生物被膜是由数百种微生物构成的复杂微生物群体。变形链球菌作为其中的重要一员，被认为是引起龋病的主要病原菌。变形链球菌在牙齿表面以生物被膜形式生长的能力和它产酸耐酸的特点赋予其致龋性。不同的变形链球菌菌株之间保留了多样的次级代谢形式，这是与宿主长期共进化的结果。迄今为止，变形链球菌中报道的次级代谢产物包括10种细菌素 (又称变链素) 和一种聚酮/非核糖体肽类化合物。这些化合物多样的活性形式暗示了它们参与口腔生物被膜中跨种间和跨界间的相互作用。未来随着变形链球菌菌株数目的增加和更多菌株全基因组序列的完成，可以预见会有更多新颖活性次级代谢产物的出现。对变形链球菌次级代谢的研究不仅有助于治疗和预防口腔疾病，而且新颖活性次级代谢产物的发现对新药的研发也具有重要意义。

摘要:人类病原真菌代表了病原微生物一个重要类群，主要感染免疫缺陷、受损和受抑制的患者，导致很高的死亡率。绝大多数的人类病原真菌属于环境病原微生物，它们与人类宿主并无长期共同进化史以及紧密的共生关系，这类真菌被称为环境病原真菌。新生隐球菌作为环境病原真菌的模式种，每年导致约60万人死亡。与其他环境病原真菌相似，该菌的致病能力并不由宿主因素驱动，而是衍生于其对于生境压力出色的适应性策略。近几年来的研究表明，群体或社会行为可能作为一个关键环境适应策略，广泛参与新生隐球菌的感染、耐药以及有性生殖过程。本文以新生隐球菌为例，针对生物被膜以及生物被膜样群落，总结其中的群体或社会调控方式，并对其研究前景和临床应用提出了一些思考。

摘要:白念珠菌是人体重要的条件性致病真菌。形态的多样性和可塑性是白念珠菌典型的生物学特征，这与它的致病性、宿主适应能力以及有性生殖过程密切相关。白念珠菌生物被膜 (Biofilm) 是由不同形态细胞 (包括酵母型、菌丝和假菌丝) 以及胞外基质组成的致密结构，也是毒性和耐药性形成的重要因子。生物被膜对抗真菌药物、宿主免疫系统和环境胁迫因子等都表现出较强的抵抗力和耐受性，是临床上病原真菌感染防治的重大挑战。随着基因表达谱和遗传操作技术的发展，白念珠菌生物被膜的形成及其耐药性的获得所依赖的遗传调控通路和分子调控机制越来越清楚。主要包括MAPK和cAMP介导的信号途径以及Bcr1和Tec1等因子介导的转录调控。此外，白念珠菌生物被膜的形成与形态转换和有性生殖之间存在密切的联系。文中综述了白念珠菌生物被膜形成的遗传调控机制，重点介绍了细胞壁相关蛋白、转录因子和交配型对该过程的调控以及生物被膜的耐药机制。

摘要:黄色粘球菌具有多样化的细胞行为，具备典型多细胞水平的社会性特征。其形成的生物被膜是目前认知的最为复杂的单种群细菌生物被膜之一。黄色粘球菌的社会性细胞行为主导了其生物被膜形成过程中的关键环节，包括固体介质表面的细胞运动、群体细胞的捕食、亲缘细胞的识别、子实体的发育、粘孢子的分化以及细胞程序性死亡等行为过程。文中将介绍相关领域的研究进展。

摘要:基于Lux型群体感应系统的生物被膜调控在污水处理中的研究备受关注，群体感应系统的干预包括正向强化和负向削弱两类。群体感应系统的正向强化作用可提高生物膜法污水处理中的挂膜速度，提高污水处理效率，促进活性污泥中胞外聚合物 (Extracellular polymeric substance，EPS) 和可溶性微生物产物 (Soluble microbial products，SMP) 的生成，提高生物被膜的产量；群体感应的负向削弱作用可以降解生物被膜形成过程中所需要的信号分子，切断生物被膜形成的基因表达过程，有效抑制MBR膜表面生物被膜的形成，防止膜污染。对信号分子酰基高丝氨酸内酯 (N-acyl homoserine lactone，AHLs) 的结构和作用机理的进一步研究、群体感应淬灭菌的固定化技术与应用、多种防治膜污染方法的协同效果验证及群体感应干预在更多污水处理领域的应用可行性是该领域要研究的几个重要方向。

摘要:蹭行运动在生物被膜形成过程中对细菌适应表面环境以及后续生物被膜三维结构的形成起重要作用。因此，对蹭行运动的原位表征、量化是生物被膜研究中的重要科学问题之一。我们通过高通量数据采集、自动化图像处理、数据库建立以及图形化输出等技术手段，建立了一整套基于单细菌的统计分析方法。利用这一方法对蹭行运动中的行走、弹射过程进行了详细分析，发现弹射运动过程中存在以0.9 s为周期的周期性弛豫。并定量比较了群体感知信号分子对蹭行运动的影响，发现加入信号分子后蹭行运动在高速区明显增强。该方法的建立为后续蹭行运动分子机制以及调节方式的研究奠定了基础。

摘要:群体感应 (Quorum sensing，QS) 是细菌在进化过程中形成的依赖于群体密度的细菌间交流方式。许多革兰氏阴性细菌以N-酰基高丝氨酸内酯 (AHL) 为信号分子，感应自身群体密度并调控致病基因表达。因此，淬灭AHLs信号分子可防治此类细菌引起的植物病害。本实验室前期已筛选得到了一株具有AHLs信号降解能力的不动杆菌菌株Acinetobacter sp. 77，本研究通过基因组文库筛选，自菌株77中克隆得到具有AHLs降解活性的基因aidE。该基因编码268个氨基酸。序列一致性比较发现aidE的氨基酸序列与吉伦伯不动杆菌Acinetobacter gyllenbergii CIP110306中β-内酰胺酶一致性高达95%，但与已知的AHLs降解酶序列一致性较低，最高为缓黄分支杆菌Mycobacterium lentiflavum中AHL内酯酶AttM/AiiB家族蛋白 (CQD23908.1)，一致性仅为33%。通过高压液相色谱 (HPLC) 分析AidE蛋白处理N-己酰基高丝氨酸内酯 (C6-HSL) 的反应产物，证明aidE为AHL内酯酶。序列比对研究发现，aidE基因在不动杆菌属中并不保守，其在菌株77基因组中的上下游的基因排列存在菌株水平的特异性，且aidE基因下游存在疑似 IS 插入序列，上述证据表明aidE基因有可能是通过水平转移进入Acinetobacter sp. 77基因组中，或其在基因组中的位置发生过重排。表达aidE的软腐果胶杆菌Z3-3中完全检测不到AHLs信号产生，且致病力明显降低。综上所述，aidE为新发现的AHL内酯酶。在防治依赖QS系统表达致病性的细菌病害中具有应用潜力。

摘要:生物被膜是微生物附着在生物或非生物表面所形成的一种三维结构，细胞被其自身所产生的胞外聚合物所包围，生物被膜的形成被认为是微生物应对生物和非生物胁迫时所产生的一种自我防御机制。众多微生物能够在植物叶、维管束和根等组织中生长，并在植物不同组织表面附着形成生物被膜，病原细菌的生物被膜随植物内部环境动态变化是其有效发挥致病作用的关键，研究植物病原细菌生物被膜调控机制是认识植物-病原菌互作的重要方面。文中将系统地介绍植物病原细菌生物被膜特征、组成成分、分子调控机制及最新研究 进展。

摘要:

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