多聚磷酸盐对分枝杆菌生物膜的形成及其机制的研究

Persister is one of important reasons for the resistance and recurrence of Mycobacterium tuberculosis. The persister of Mycobacteria is closely related to the formation of biofilm. Therefore, the research on the mechanism of biofilm formation will contribute to the development of new antituberculosis drugs. Our previous studies have found that deficiency of polyP affected biofilm formation in Mycobacterium smegmatis, the plausible explain is the alteration of the fatty acid fraction of cell surface. This project intends to design appropriate experiments to further study the effect of polyP deficiency on the structure of biofilm and the capability of macrophage infected by bacteria without polyP to form extracellular traps, and then through various methods and technology, we will try to elucidate the biosynthesis pathway of mycolic acids which is regulated by polyP. Forementioned researches potentially reveal chiefly a novel molecular mechanism underlying Mycobacteria regulating biofilm formation, enriching insight into molecular mechanism of bacterial biofilm formation, and providing basis for research and development of preventive measure to deal with biofilm-associated drug resistant and persister bacteria.

持留性是结核分枝杆菌产生耐药和复发的重要原因之一。分枝杆菌的持留性与生物膜的形成密切相关，对生物膜形成机制的研究将有助于新型抗结核药物的开发。我们前期的研究发现，耻垢分枝杆菌中多聚磷酸盐（polyphosphate，polyP）的缺失导致细胞表面脂质成分的改变并影响其生物膜形成。本研究拟通过共聚焦显微镜、扫描电镜等工具，结合各种染色技术，观察polyP的缺失对生物膜结构的影响以及polyP缺失菌感染巨噬细胞后对巨噬细胞产生细胞外陷阱能力的影响，并综合运用MALDI-MS、GC-MSD分析、转录组和生物信息学分析、遗传学实验等方法和技术揭示polyP调控重要的脂质成分生物合成途径。该研究结果将首先阐述分枝杆菌生物膜形成的分子调控新机理，丰富细菌生物形成的分子机理认识，为研发方框生物膜参与的耐药和持留菌的措施提供基础。

分枝杆菌形成的生物膜是导致其持留性的主要原因，持留性导致结核杆菌感染存在两个问题：（1）潜伏感染。在某些因素的影响下会转化为活动性肺结核患者，同时成为新的传染源。（2）需要至少半年以上的抗生素治疗。长时间的治疗会导致诸多问题如耐药细菌的产生和病人依从性低等问题。因此，寻找抑制生物膜的方法，有利于克服持留性问题。前期的研究我们发现多聚磷酸盐的缺失影响了耻垢分枝杆菌生物膜的形成，但对其研究不够深入。我们拟通过多聚磷酸盐合成酶基因的缺失突变株的构建，进一步研究多聚磷酸盐对分枝杆菌生物膜形成的作用及机制进行研究，我们的研究发现多聚磷酸盐合成酶基因的缺失导致细菌生物膜形成延迟和表型改变，其可能原因与细胞中脂质成分改变有关。不仅如此，突变对不同药物的敏感性发生显著改变，为多聚磷酸盐合成酶的抑制剂与其它药物联用提供了可能性。另外，突变菌在细胞内的存活能力显著减少而且感染细胞表达抗炎因子降低，表明突变菌不易引起持留感染而更易于被免疫细胞清除。通过转录组分析发现，核糖体代谢途径相关基因表达上调，而氧化磷酸化、硫代谢和ABC转运体相关基因表达下调，表明这些代谢途径的改变与生物膜相关。

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