肝素类多糖促进EcN生物被膜形成的机理研究

The abuse of antibiotics destroys the balance of enteric bacterial flora and results in the emergence of resistant strains. However, the probiotics, which form a protective biofilm covering the intestine after its binding to host cell surface macromolecules, such as heparin-like polysaccharide, will inhibit the attachment and infection by pathogens. Currently, the mechanisms of EcN biofilm formation stimulated by heparin-like polysaccharide remain elusive. The techniques, including the construction of a transposon inserted mutant library, mRNA sequencing and the assay of biofilm, et al., will be employed to demonstrate the mechanisms of EcN biofilm formation stimulated by heparin-like polysaccharide. The following aspects will be investigated, which include the EcN biofilm formation in a heparosan dependent manner, the attachment-stimulated-interaction between heparin-like polysaccharide and the EcN heparin-binding protein, the biofilm-related-gene expression regulated by the heparin-like polysaccharide signal. The accomplishment of this project will establish a new way to consolidate the biofilm formation and viability of probiotics, to reduce the use of antibiotics by competing out of pathogens, and to contribute to the future development of novel antibacterial drugs.

抗生素滥用会破坏肠道菌群的平衡，产生耐药菌株。良性共生菌与宿主细胞表面的肝素类多糖等生物大分子相互作用，通过在肠道表面形成生物被膜屏障等方式，抑制病原菌与肠道上皮细胞的接触与感染。目前，细胞表面的肝素类多糖调控良性共生菌EcN形成生物被膜的机理还不清楚。本项目将综合运用转座子插入突变、转录组测序及生物被膜分析等技术手段，通过解析依赖于肝素前体的EcN生物被膜形成、肝素结合蛋白-肝素类多糖相互作用的EcN附着机制、肝素信号调控生物被膜相关基因的表达等问题，最终阐明肝素类多糖调控EcN生物被膜形成的分子机理。该项目的顺利实施将有利于进一步采取措施增强良性共生菌的生物被膜形成与肠道持久生存能力，抑制病原菌的定殖与生长,减少抗生素的使用,为对抗耐药菌提供新的理论依据和实验基础。

良性共生菌与宿主细胞表面的肝素类多糖等生物大分子相互作用，通过在肠道表面形成生物被膜屏障等方式，抑制病原菌与肠道上皮细胞的接触与感染。本项目研究了肝素类多糖调控良性共生菌E. coli Nissle 1917 (EcN)形成生物被膜的机理。本研究发现，肝素前体多糖抑制EcN生物被膜形成，而肝素促进了EcN生物被膜形成，并且肝素分子的硫酸化修饰特异性与生物被膜形成直接相关。其中，肝素多糖的2-O-与6-O-硫酸化对生物被膜形成的影响，较N-硫酸化的较果更显著；常规分子量肝素使EcN生物被膜形成能力增加了7-10倍，而低分子量肝素对EcN生物被膜的形成没有显著影响。在进一步研究中，我们鉴定、表达、纯化了EcN的鞭毛蛋白。发现EcN的鞭毛蛋白与肝素多糖具有特异性相互作用，导致细菌的泳动能力显著降低，促进了生物被膜形成。转录组分析发现，肝素类多糖对EcN的基因表达没有明显影响。这些研究表明，肝素类多糖主要是通过改变EcN细胞表面特性与行为能力，增强了该菌的生物被膜形成。该研究有助于提高人们对多糖-微生物相互作用的认识。另外，该研究还建立了高效的磺基供体PAPS合成技术、肝素前体多糖生物合成工程菌株的构建、以及制备了不同修饰状态的肝素衍生物，为扩展研究肝素-细菌相互作用奠定了良好的基础。