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Cell Res:山东大学谷立川课题组发表生物被膜研究进展

摘要 : 近日,国际学术权威刊物自然出版集团旗下子刊《Cell Research》杂志在线发表山东大学生命科学学院微生物技术国家重点实验室的谷立川教授课题组与中科院微生物研究所的马旅雁研究员紧密合作在铜绿假单胞菌生物被膜研究领域取得重要研究进展。

 近日,国际学术权威刊物自然出版集团旗下子刊《Cell Research》杂志在线发表山东大学生命科学学院微生物技术国家重点实验室的谷立川教授课题组与中科院微生物研究所的马旅雁研究员紧密合作在铜绿假单胞菌生物被膜研究领域取得重要研究进展。该研究成果题为“PslG, a self-produced glycosyl hydrolase, triggers biofilm disassembly by disrupting exopolysaccharide matrix.”。研究过程中谷立川实验室在蛋白质结构与功能方面的特长与微生物所在病原微生物功能研究方面的基础的紧密结合起到了关键作用。参加本项工作的还有来自美国华盛顿州立大学以及新加坡南洋理工大学的研究人员。中科院微生物所博士生于珊与本校博士生苏甜甜为并列第一作者,微生物所马旅雁研究员与谷立川教授为并列通讯作者。

铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)是一种重要的条件致病菌,能够引发多种急、慢性疾病。该菌生物被膜(Biofilm)的形成导致其对外界环境以及抗生素的抵抗力大大提高。因此,打破生物被膜有助于治疗该菌引起的耐药性感染。胞外基质(Extracellular matrix)是生物被膜的主要组成部分,占到生物被膜总体积的85%,为生物被膜的形成提供支架,并且可以促进生物被膜细胞之间的交流。胞外基质主要包括胞外多糖、蛋白质、核酸等。铜绿假单胞菌主要产生三种胞外多糖:alginate、Pel和Psl,其中Psl可以在生物被膜细胞表面形成螺旋的网状物,对生物被膜的形成及抗生素抗性起到了关键的作用。目前为止,尚未发现可以高效破坏胞外基质主要成分胞外多糖的物质。

该研究工作解析了Psl合成途径中重要的糖苷水解酶PslG的晶体结构,通过结构分析及同源蛋白比对发现PslG具有糖苷内切酶的特征。功能实验发现PslG可以通过水解Psl抑制铜绿假单胞菌生物被膜的形成,并且可以水解已经成熟的生物被膜。严谨的数据表明,纳摩尔浓度的PslG可以在半小时内将生物膜的物质量降低90%以上,这是目前为止发现的最高效的瓦解生物被膜的物质。经PslG处理过的生物被膜对抗生素的抗性下降了4-8倍,并且对巨噬细胞更为敏感。该工作进一步通过分子对接及突变实验对PslG的水解机制进行了研究。

本项研究成果对于研发针对铜绿假单胞菌生物被膜导致的耐药性感染的抗菌药物制剂具有重要的意义,目前课题组正在继续在蛋白质结构基础上进行PslG的理性改造工作,已经获得了能够抵抗蛋白酶降解的突变体,这对于PslG广泛用于多种恶劣环境具有重要意义。在此基础上与医学、环境、海洋等多个学科实验室的合作研究工作正在展开,有望在不久的将来能够充分挖掘出这项成果的应用价值。

原文链接:

PslG, a self-produced glycosyl hydrolase, triggers biofilm disassembly by disrupting exopolysaccharide matrix

原文摘要:

Biofilms are surface-associated communities of microorganism embedded in extracellular matrix. Exopolysaccharide is a critical component in the extracellular matrix that maintains biofilm architecture and protects resident biofilm bacteria from antimicrobials and host immune attack. However, self-produced factors that target the matrix exopolysaccharides, are still poorly understood. Here, we show that PslG, a protein involved in the synthesis of a key biofilm matrix exopolysaccharide Psl inPseudomonas aeruginosa, prevents biofilm formation and disassembles existing biofilms within minutes at nanomolar concentrations when supplied exogenously. The crystal structure of PslG indicates the typical features of an endoglycosidase. PslG mainly disrupts the Psl matrix to disperse bacteria from biofilms. PslG treatment markedly enhances biofilm sensitivity to antibiotics and macrophage cells, resulting in improved biofilm clearance in a mouse implant infection model. Furthermore, PslG shows biofilm inhibition and disassembly activity against a wide range ofPseudomonas species, indicating its great potential in combating biofilm-related complications.

来源: Cell Research 浏览次数:0

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