基于量子点无损标记及多光谱成像的食源性大肠杆菌生物膜形成和发展分子机理研究

In food industry,the most important cause of food pathogens contamination is the formation of bacterial biofilms. Escherichia coli are important foodborne pathogens. The autotransporter (AT) proteins Ag43、TibA、AatB appeared to play a critical role in Escherichia coli，E. coli biofilm formation and development. Noninvasive labeling and observation on the dynamic changes of bacterial biofilms molecular architecture is major technological bottleneck of current research on biofilms，and understanding of the molecular mechanisms of foodborne Escherichia coli biofilms architecture formation is still very limited.In this work, the molecular architecture of foodborne Escherichia coli biofilms are noninvasively multi-targeted labeled with surface-engineered quantum dots.The molecular architecture dynamic changes including spatial distribution and interaction of Ag43、TibA、AatB are researched with Quantum dots multispectral imaging, laser scanning confocal microscopy (LSCFM)，scanning elcetron microscope (SEM) and fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). The method of dynamic multi-targeted labeling with QDs is established , and the molecular mechanisms of foodborne Escherichia coli biofilms architecture formation is revealed.This research project not only contribute to the major food security problems of bacterial biofilm pollution in food industry , as well as provides new technical method and scientific theory support for research on other bacterial biofilms formation and development.

在食品工业中，造成食品微生物污染的一个重要原因是细菌生物膜的形成。大肠杆菌是重要的食源性致病菌。在大肠杆菌生物膜形成和发展过程中，Ag43、TibA、AatB等蛋白分子扮演关键的角色。对生物膜分子结构进行无损标记和动态变化观察是重大技术瓶颈，人们对食源性大肠杆菌生物膜形成分子机理认识仍十分有限。本研究利用表面修饰的量子点对食源性大肠杆菌细菌生物膜分子结构进行靶向性无损标记,利用多光谱分子成像、激光共聚焦显微镜（LSCFM）分析、扫描电镜（SEM）分析、傅里叶变换红外光谱分析（FTIR），对生物膜动态变化过程(包括Ag43、TibA、AatB空间分布、相互作用方式)进行研究，建立量子点动态多靶点标记方法，探明食源性大肠杆菌生物膜结构体系形成的分子机理。该项目研究，不仅有助于解决食品行业细菌生物膜污染这一重大食品卫生安全问题，也为研究其他细菌生物膜形成和发展提供新的技术方法和科学理论支持。

本项目研究了食源性大肠杆菌生物膜量子点对向性无损标记和分子成像方法，探索了食源性大肠杆菌生物膜结构形成和发展的分子机理。合成了系列生物相容性的量子点荧光探针，成功地利用量子点-抗体偶联物对E.coli细菌生物膜进行标记和成像。对大肠杆菌近红外特征光谱进行了分析，研究了食源性大肠杆菌近红外快速鉴别方法。采用基因敲除的方法，对大肠杆菌O157:H7的Ag43、TibA、AatB基因缺失影响进行了研究，结果表明Ag43、TibA、AatB基因对大肠杆菌O157:H7生物膜形成和发展具有重要作用。该研究不仅有助于解决食品行业细菌生物膜污染这一重大食品卫生安全问题，也为研究其他细菌生物膜形成和发展提供新的技术方法和科学理论支持。

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