医用生物材料表面细菌与真菌混合生物膜中持留菌的形成及其持留机制研究

Intractable biofilm associated infection caused by medical biomaterials implantation is the most common hospital infection at present. Persister cells is an important cause of protracted course and recurrent attacks of clinical biofilm associated infection. Scavenging of persister cells may be a new strategy for intractable biofilm associated infection treatment..The aim of this research is to simulate the situation of clinical mixed species microbial infection, and to build an in vitro model of Staphylococcus epidermidis and Candida albicans mixed species biofilm. Inhibition of the synthesis of nucleic acid and protein by "dormancy" technique, to solve the technical problems of previous study on persister cells. This research study the formation of persister cells in the mixed species biofilm on the surface of medical biomaterials, and the influence of persister cells on the formation of mixed species biofilm, to reveal the function of persister cells in the mixed species biofilm infection. We use RNA-seq to research the difference of gene expression of persister cells in the mixed species biofilm from the overall level, screening suspicious genes associated persister cells, use Antisense RNA and RT-PCR to prove gene functions, and to reveal the persister mechanism of persister cells in mixed species biofilm. Find molecular targets for treating mixed species biofilm infection from Scavenging of persister cells. We propose a new strategy for clinical treatment of intractable biofilm associated infection caused by biomaterials implantation.

医用生物材料植入引发的难治性生物膜感染是目前令人棘手的最常见医院内感染。持留菌是导致临床生物膜感染迁延不愈及反复发作的重要原因，清除持留菌可能是有效控制难治性生物膜感染的新策略。.本项目拟模拟临床混合微生物感染的真实致病情况，构建医用生物材料表面表皮葡萄球菌与白假丝酵母菌混合生物膜体外模型；通过“休眠”技术抑制核酸和蛋白质的合成，解决以往持留菌研究的技术难题；研究生物材料表面混合生物膜中持留菌的形成，以及持留菌对混合生物膜形成的影响，揭示持留菌在混合生物膜感染中的重要作用；采用转录组测序技术从整体水平研究混合生物膜中持留菌细胞群的基因表达差异，筛选出持留菌形成相关的可疑基因，通过反义核酸和实时荧光定量PCR等技术进行相关基因的功能验证，揭示混合生物膜中持留菌的持留机制；从清除持留菌的角度，寻找有效控制混合生物膜感染的分子靶标，为临床治疗生物材料植入引发的难治性混合生物膜感染提出新策略。

医用生物材料植入引发的难治性生物膜感染是目前令人棘手的最常见医院内感染。持留菌是导致临床生物膜感染迁延不愈及反复发作的重要原因，本项目从清除持留菌的角度，为控制难治性生物膜感染的提供新思路。.本项目严格按照计划任务书的有关内容开展研究工作，圆满完成了计划研究内容，达到了预期的研究目标。.项目完成情况：①建立生物材料表面面细菌与真菌混合生物膜体外模型，研究各种药物处理混合生物膜对持留菌细胞数量的影响，确立使用抗代谢处理增加混合生物膜中持留菌细胞数量的技术体系。②通过扫描电镜动态监测混合生物膜中持留菌的形成情况，发现可用于持留菌细胞鉴定的特征性结构；使用激光共聚焦显微镜研究增加混合生物膜中持留菌细胞数量对混合生物膜的影响，发现复杂的混合生物膜中可产生更高水平的持留菌细胞，大量持留菌细胞可避免混合生物膜被抗菌药物破坏，阐明持留菌是混合生物膜感染难治的重要原因。③采用转录组测序技术分析混合生物膜中持留菌细胞群的基因表达差异，使用GO及KEGG pathway富集分析差异表达基因功能，揭示持留本质是以增加微生物对外界不良刺激的耐受性及生存能力为目的的代谢调节过程，该过程可能导致微生物的代谢、分裂及致病能力下降；通过实时荧光定量PCR验证可疑差异表达基因，发现ECM1、PRR2、SAC6、PLC1可能是白假丝酵母菌持留菌细胞形成的关键基因，DnaK基因是表皮葡萄球菌持留菌细胞形成的关键基因，这些基因有望成为控制混合生物膜感染、清除持留菌的分子靶标。.本研究的科学意义：阐明持留菌是混合生物膜感染难以根治的重要原因。确立使用抗代谢处理增加混合生物膜中持留菌细胞数量的技术体系，解决持留菌数量少难以开展研究的技术难题。揭示持留菌细胞持留的本质，发现清除混合生物膜中持留菌细胞的分子靶标，为临床治疗生物材料植入引发的难治性混合生物膜感染提出新策略。