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在國家自然科學(xué)基金項目(批準(zhǔn)號：81274175，31670031 )等資助下，上海交通大學(xué)呂海濤課題組，整合運用精準(zhǔn)靶向代謝組學(xué)和遺傳學(xué)整合策略(Precision-Targeted Metabolomics combined with genetic method)、結(jié)合電鏡表型分析(Imaging visualization)，從小分子代謝角度，在大腸桿菌生物膜體系當(dāng)中精準(zhǔn)發(fā)現(xiàn)和驗證若干具有調(diào)控生物膜形成的功能代謝產(chǎn)物，并初步闡明鐵載體生物合成介導(dǎo)的鐵離子調(diào)控功能代謝物表達(dá)，進(jìn)而影響生物膜形成的代謝機(jī)理。研究成果以“基于質(zhì)譜的靶向代謝組學(xué)精準(zhǔn)表征調(diào)控大腸桿菌生物膜形成的新功能代謝物”(Mass spectrometry based targeted metabolomics precisely characterized new functional metabolites that regulate biofilm formation in Escherichia coli)為題，于2020年12月26日在線發(fā)表于《分析化學(xué)學(xué)報》(Analytica Chimica Acta)。

　　生物膜(Biofilms)是由微生物形成的一種被膜組織，是微生物為抵抗外界脅迫條件而維持生存的特殊膜組織。生物膜的形成直接造成臨床上90%以上抗生素耐藥的發(fā)生，也關(guān)聯(lián)腫瘤、糖尿病和神經(jīng)系統(tǒng)疾病等耐藥的發(fā)生(病灶處由于細(xì)菌感染形成生物膜)。此外，生物膜的形成對多個行業(yè)都產(chǎn)生巨大的危害，如金屬精密儀器腐蝕，水環(huán)境污染，食品污染等?？傊?，微生物生物膜的形成，具有巨大的危害。盡管科學(xué)界進(jìn)行半個世紀(jì)的研究探索，鑒于其形成的分子機(jī)理非常復(fù)雜，目前仍尚未系統(tǒng)解析，因而缺乏有效的策略清除不同領(lǐng)域生物膜的形成，抑制其毒副作用和危害的產(chǎn)生。本研究首次利用課題組新開發(fā)建立的精準(zhǔn)靶向代謝組學(xué)方法，系統(tǒng)研究鐵離子動態(tài)調(diào)控大腸桿菌生物膜形成的代謝規(guī)律，以及其與大腸桿菌鐵載體生物合成的互作關(guān)系。研究結(jié)果證實，鐵載體能夠介導(dǎo)鐵離子的跨膜轉(zhuǎn)運和生物利用，進(jìn)而調(diào)控微生物細(xì)胞內(nèi)五個功能代謝物的生物合成和表達(dá)，這些功能代謝產(chǎn)物能夠有效調(diào)控生物膜的形成和解離 (圖1)。
 

　　本研究首次從功能代謝角度發(fā)現(xiàn)和表征微生物生物膜的形成的代謝調(diào)控規(guī)律，為未來從功能代謝物與鐵離子/鐵載體的互作角度，設(shè)計全新策略清除生物膜的形成，徹底解決上述不同生命科學(xué)領(lǐng)域與生物膜相關(guān)的有害挑戰(zhàn)，提供重要科學(xué)基礎(chǔ)。