大肠杆菌K-12对葡萄糖的运动动力学响应及机制研究
结题报告
批准号:
11804072
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
24.0 万元
负责人:
王芳彬
依托单位:
学科分类:
A2013.软凝聚态与生物物理
结题年份:
2021
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
林燕、蔡皓、薛晓萌、杨楠、刘方海
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中文摘要
大肠杆菌是一种生活在人体肠道内的细菌,与人类息息相关,它被作为一种模式生物用来研究单细胞的运动行为。对大肠杆菌运动行为的研究不仅具有基础科学上的意义,同时也有广阔的应用前景。葡萄糖作为大肠杆菌重要的能量来源,其在大肠杆菌生命运动过程中具有重要的意义。本项目拟采用生物物理学技术和手段,从新的角度研究大肠杆菌K-12对葡萄糖的运动动力学响应。借助细菌游动3D-tracking技术、乳胶小球标记细菌鞭毛技术以及微流控技术等,研究大肠杆菌K-12在不同葡萄糖环境下的运动动力学过程;通过分析大肠杆菌鞭毛马达的动力学特征(转动速度、力矩),大肠杆菌的趋化运动性(游动速度、翻转频率、游动距离),系统研究大肠杆菌对葡萄糖的运动动力学响应。并进一步通过基于趋化网络和鞭毛马达的生物物理模型对其运动动力学响应进行机制分析。该研究不仅加深对大肠杆菌运动动力学过程的理解,同时也丰富肠道微生物对葡萄糖响应的理论依据。
英文摘要
Escherichia.coli (E.coli) is a bacterium that lives in human’s gut and is closely related to human beings. It was also served as a model organism to study the motion behavior of single cell. The research on E.coli motion behavior not only exists the fundamental significance, but also shows the widely application prospect. Glucose, which acts as the important energy source to E.coli, plays a crucial role in the motion of E.coli. This project was designed to take biophysical techniques and methods to study the effect of glucose on motion dynamics of E.coli K-12 from a new point of view. In this project, we are planning to research the motion dynamics of E.coli K-12 under various glucose concentration solution environments by using bacteria 3D-tracking, latex bead labeling to the filament of bacteria, as well as micro-fluidics and so on; to systematically reveal the motion dynamics response of E.coli to glucose through analyzing the switching dynamics (rotating speed, torque) of E.coli flagellar motor, and the motility of E.coli (swimming speed, tumbling frequency, swimming distance) along with the chemotaxis. To further the mechanism study on the motion dynamics of E.coli by combining biophysical models based on chemotaxis network and flagellar motor. This project will not only reinforce the understanding of the motion behavior of E.coli, but also enrich the theoretical fundamentals of enteric microbiota response to glucose.
大肠杆菌是一种生活在人体肠道内的细菌,与人类息息相关,它被作为一种模式生物用来研究单细胞在不同外界环境下的运动行为。葡萄糖作为大肠杆菌重要的能量来源,其在大肠杆菌生命运动过程中具有重要的意义。目前大肠杆菌如何对葡萄糖做出运动动力学响应以及这些响应的机制还不太清晰。.本项目执行过程中,通过多种生物物理学技术系统的研究了大肠杆菌 K-12 在不同葡萄糖环境下的运动动力学过程,包括:1. 采集和分析了大肠杆菌鞭毛马达的动力学特征(转动速度、力矩),发现大肠杆菌鞭毛马达在有葡萄糖的环境中,其马达转速会提高,对应的马达力矩也会提高。2. 通过高通量三维追踪细菌技术采集和分析了大肠杆菌的运动性(游动速度、翻转频率、迁移能力),发现大肠杆菌在有葡萄糖的环境中,其游动速度更快,翻转频率降低、迁移能力更强,通过模型模拟进一步表明这种改变会提高大肠杆菌对环境的探索能力。3. 通过微流控结合乳胶小球标记短鞭毛技术采集和分析了大肠杆菌鞭毛马达的趋化响应,发现葡萄糖对大肠杆菌是一种强引诱剂,并且随着葡萄糖浓度的增加,鞭毛马达的趋化响应恢复时间保持不变,说明大肠杆菌的趋化网络可以在宽域背景下维持对葡萄糖的高灵敏度响应。该研究不仅加深了对大肠杆菌运动动力学过程的理解,同时也丰富了肠道微生物对葡萄糖响应的理论依据。作为该项目的拓展内容,项目执行过程中还研究了大肠杆菌对果糖和岩藻糖的趋化运动响应,丰富了大肠杆菌对单糖类的运动动力学响应过程;此外,项目还进一步研究了降血糖药物二甲双胍作用下的大肠杆菌运动动力学过程及其对葡萄糖的趋化响应过程,发现二甲双胍可以抑制大肠杆菌的运动性、延长大肠杆菌对葡萄糖的趋化响应恢复时间等,加深了对大肠杆菌运动动力学的理解, 促进了细菌趋化运动和生物医药的交叉研究。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Characterization of chemotaxis and motility response towards fructose in Escherichia coli
大肠杆菌对果糖的趋化性和运动性反应的表征
DOI:10.1016/j.bbrc.2020.04.087
发表时间:2020
期刊:Biochemical and Biophysical Research Communications
影响因子:3.1
作者:Liu Fanghai;Wang Fangbin;Liu Jian
通讯作者:Liu Jian
Metformin Alters the Chemotaxis and Flagellar Motility of Escherichia coli.
二甲双胍改变大肠杆菌的趋化性和鞭毛运动
DOI:10.3389/fmicb.2021.792406
发表时间:2021
期刊:Frontiers in microbiology
影响因子:5.2
作者:Ye Y;Jiang P;Huang C;Li J;Chen J;Wang L;Lin Y;Wang F;Liu J
通讯作者:Liu J
Global RNA editing identification and characterization during human pluripotent-to-cardiomyocyte differentiation.
人类多能向心肌细胞分化过程中的全局 RNA 编辑鉴定和表征
DOI:10.1016/j.omtn.2021.10.001
发表时间:2021-12-03
期刊:Molecular therapy. Nucleic acids
影响因子:--
作者:Chen J;Liu HF;Qiao LB;Wang FB;Wang L;Lin Y;Liu J
通讯作者:Liu J
DOI:doi.org/10.1016/j.omtn.2021.10.001
发表时间:2021
期刊:Molecular Therapy Nucleic Acids
影响因子:--
作者:Juan Chen;Huifang Liu;Libo Qiao;Fangbin Wang;Lu Wang;Yan Lin;Jian Liu
通讯作者:Jian Liu
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