双重分子开关CsrA-RovM反向调控假结核耶尔森氏菌生物膜和运动性的机制研究

As bacterial resistance to antibiotics has become increasingly prominent, revealing the regulatory mechanisms and signaling pathways of biofilm formation in pathogenic bacteria has become one of the hotspots in the field of microbiological research. Based on our previously studies on the regulatory mechanisms of biofilm formation in Yersinia pseudotuberculosis, we proposed a novel regulatory model in which the double-tier molecular switch CsrA-RovM positively regulates bacterial biofilm related gene expression post-transcriptionally and negatively regulates motility gene expression transcriptionally. In this project, we will first refine this model, and then we will reveal the unique regulatory mechanism of the CsrA-RovM switch in inhibiting bacterial biofilm formation while activating bacterial flagella production for promoting foraging bacteria formation and biofilm dispersion under starvation conditions. We will also reveal the signal transduction pathways, physiological significance and the broad regulatory roles of the CsrA-RovM molecular switch. Through the implementation of this project, we will not only greatly enhance the understanding of regulation mechanisms of bacterial biofilm formation, foraging bacteria formation and biofilm dispersion, and may also provide a new way to control bacterial biofilm.

随着细菌耐药性问题日益突出，对病原细菌生物膜形成的调控机制和信号途径研究已经成为当前微生物领域的研究热点之一。本项目在前期对假结核耶尔森氏菌生物膜形成调控机制研究工作基础上，初步提出一个CsrA-RovM双重分子开关在转录水平和转录后水平同时反向调控细菌生物膜形成和运动性相关基因表达的双重调控机制模型，本项目将在完善该模型的基础上，进一步深入揭示CsrA-RovM双重分子开关在饥饿条件下通过抑制细菌生物膜形成，同时激活细菌鞭毛生成而增强细菌运动性以促进细菌觅食或生物膜分散的独特调控机制，揭示其响应饥饿的信号传递途经及该调控开关的生理意义，并揭示其调控作用的广泛性。通过本项目的实施，将不仅在理论上大幅提升对细菌生物膜形成过程和调控机制的认识，填补对饥饿起始状态下细菌进入觅食状态，以及生物膜分散进入浮游状态这两个阶段调控机制研究的空白，并可能为控制细菌生物膜提供新的可行途径。

随着细菌耐药性问题日益突出，对病原细菌生物膜形成的调控机制和信号途径研究已经成为当前微生物领域的研究热点之一。本项目在前期对假结核耶尔森氏菌生物膜形成调控机制研究工作基础上，初步提出一个CsrA-RovM双重分子开关在转录水平和转录后水平同时反向调控细菌生物膜形成和运动性相关基因表达的双重调控机制模型。在完善该模型的基础上，本项目进一步深入揭示了CsrA-RovM双重分子开关通过cAMP/Crp响应环境营养条件的变化，在转录水平和转录后水平协同调控细菌鞭毛的形成激活细菌运动性，同时控制胞外多糖β-GlcNAc合成抑制细菌生物膜的形成，协同调控假结核耶尔森氏菌“觅食”状态细胞的形成；揭示了CsrA-RovM双重分子开关通过RelA/ppGpp响应饥饿环境以调控T6SS4表达的途径和机制；揭示了CsrA-RovM双重分子开关调控假结核耶尔森氏菌脲酶基因表达以适应酸胁迫的分子机制；进一步还揭示了骆驼刺泛菌中RovM同源调控蛋白LrhA感受渗透压变化，通过分级信号级联控制调控骆驼刺泛菌在附着与运动两种生存模式间切换并进而调控其定殖行为的机制。研究结果在Nature Communications, Applied and Environmental Microbiology, Frontiers in Microbiology 等期刊发表SCI论文8篇。通过本项目的实施，为细菌生物膜形成的调控机制带来了新的认识，并可能为控制细菌生物膜提供新的可行途径。