多物理场对大肠杆菌微生物膜(Biofilm)形成的影响

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11402265
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    28.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A1002.多尺度力学生物学
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2017-12-31

项目摘要

Biofilm is responsible for more than 80% of microbial infection in human body. It also causes huge loss in industry and everyday life. It is a gathering of microorganism cells which are bounded by extracellular polymeric substances (EPS) in wet environment and can develop quickly under complicated mechanical, physical and chemical conditions. The controlling factors and mechanism of this fast developing process need to be explored by methods which combine biological, mechanical and physical tools. The model bacteria and the most understood microorganism, E. coli, is used in this research for biofilm formation. This is possible after a novel method was recently found in our previous work to increase the biofilm production rate by at least 2 magnitudes, comparing to the traditional ways. The biofilm formation process consists of three "phases" of cells: free swimming, small clusters, and the immobile biofilm. This proposed work combines experimental methods in biophysics and biomechanics to monitors the characteristics of this process, in order to obtain its "phase diagram". We propose to explore the biofilm formation mechanism by applying analytical models in soft condense matter physics. The results will provide scientific support for controlling/suppressing the growth of biofilm and a safe replacement for the traditional, antibiotic abused treatment.
微生物膜(Biofilm)是大量微生物细胞在湿润环境中紧密结合的生存状态,超过80%的微生物感染与微生物膜(Biofilm)有关,并在工业和日常生活中造成水管拥堵、仪表腐蚀等大量损失。而外界环境的温度、湿度、流场、营养、乃至微生物入侵部位的微观构造等物理、化学因素都可能对微生物膜的形成和扩展产生显著影响,这需要综合采用生物、力学、及物理等学科的方法,来研究控制微生物膜形成生长的决定性参数和机理。本研究将针对大肠杆菌(E. coli),结合囊泡微流体生成技术,研究多物理场下大肠杆菌微生物膜的形成,采用生物物理及生物力学的定量测量方法,实时监控该过程的系统特征参数,辅以流体力学及软物质研究的理论模型分析,系统地研究导致微生物膜迅速生成及扩展的生物物理机制。由于所采用的细菌模型及环境因素有普遍代表性,本研究结果可以为有效控制微生物膜生长提供科学依据。

结项摘要

生物被膜(Biofilm)由于在医药健康、生产生活等领域的重要影响,以及涉及细菌的群体及个体运动特性、趋化行为、对环境的响应等科学问题,一直是生命科学、生物物理、生物力学等交叉领域的研究热点。本研究1)构建了基于玻璃毛细管的微流体设备,用以植入细菌并生成生物被膜;2)与尼康公司合作搭建了温度控制平台,得以实现环境变化下定量测量生物被膜的生成速度;3)定量研究细菌在形成微生物膜前,其运动能力、细胞体特征等生命体本身因素的改变如何影响微生物膜的形成;4) 研究了马达运动特性在高密度下对环境的响应;5)测量了生长条件对细菌趋化性能的影响;6)研究了鞭毛马达动力学的定量测量及别构调控机制。在本项目执行期间,共发表SCI论文4篇,包括Nature Physics 1篇,Biophysical Journal 1篇,PNAS 1篇,Phys. Rev. E 1篇。其它一些重要结果也准备投稿。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Noise-Induced Increase of Sensitivity in Bacterial Chemotaxis
噪声引起的细菌趋化敏感性增加
  • DOI:
    10.1016/j.bpj.2016.06.013
  • 发表时间:
    2016-07-26
  • 期刊:
    BIOPHYSICAL JOURNAL
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    He, Rui;Zhang, Rongjing;Yuan, Junhua
  • 通讯作者:
    Yuan, Junhua
Limiting (zero-load) speed of the rotary motor of Escherichia coli is independent of the number of torque-generating units
大肠杆菌旋转电机的极限(零负载)速度与扭矩产生单元的数量无关
  • DOI:
    10.1073/pnas.1713655114
  • 发表时间:
    2017-11
  • 期刊:
    Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America
  • 影响因子:
    11.1
  • 作者:
    Wang Bin;Zhang Rongjing;Yuan Junhua
  • 通讯作者:
    Yuan Junhua
Growth-dependent behavioral difference in bacterial chemotaxis
细菌趋化性的生长依赖性行为差异
  • DOI:
    10.1103/physreve.95.062404
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Physical Review E
  • 影响因子:
    2.4
  • 作者:
    Zhang Chi;Zhang Rongjing;Yuan Junhua
  • 通讯作者:
    Yuan Junhua

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其他文献

其他文献

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张榕京的其他基金

真实生物环境下的细菌趋化运动研究
  • 批准号:
    11872358
  • 批准年份:
    2018
  • 资助金额:
    63.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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