《科学》 ：新技术揭细菌生物被膜结构细节

长江

作者：朱棣文等 来源：《科学》

发布时间：2012-7-24 13:02:51

新技术揭细菌生物被膜结构细节

来自加州大学伯克利分校的研究人员开发了一种灵敏的新成像技术，揭示了生物被膜（biofilms）结构的一些细节，从而打开了攻击如霍乱、囊性纤维化患者肺脏感染以及慢性鼻窦炎等因形成生物被膜而产生抗生素耐药性的大量细菌性疾病的大门。相关论文发布在7月13日的《科学》（Science）杂志上。

著名华裔科学家朱棣文（Steven Chu），加州大学伯克利分校Veysel Berk博士及加州大学圣克鲁兹分校的Fitnat H. Yildiz博士共同领导了这一研究。朱棣文教授因“发展了用激光冷却和捕获原子的方法”于1997年获得诺贝尔物理学奖，是继杨振宁、李政道等之后第五位获诺贝尔奖的华裔科学家。2008年被美国总统奥巴马任命为美国能源部部长。

通过发明一种新型荧光标记方法、结合采用超高分辨率光学显微镜，研究人员成功解析了细菌生物被膜的结构。他们还确定了一些可以破坏细菌群落，并将这些病菌置于抗生素杀伤力之下的潜在药物的遗传靶点。

“最终，我们要让这些病菌无路可逃，”加州大学伯克利分校加州计量生物科学研究所(QB3)及物理学系博士后研究人员Berk说。

“在它们的自然生态环境中，99.9%的细菌会作为群落生存，附着在表面形成生物被膜；根据美国国家卫生研究院的统计，80%的人类感染与生物被膜相关，”Berk说。

新技术使得研究人员能够放大进入这些生物被膜的街道水平视图，从而了解“它们如何从单个细胞生长并聚集形成房间和整个建筑物。现在我们可以想出一种合乎逻辑的方法，发现如何破坏它们的建筑，或防止它们自身形成建筑。”

超分辨率显微镜结合Berk开发的技术，实现了连续标记培养物中生长和分裂细胞，许多领域的生物学家将能够记录下细菌构建城堡过程的静态视频（stop-motion video）。

在关于这篇论文的一份声明中，朱棣文说：“基于光学显微镜的单分子技术在过去的20年里取得了惊人的进展。尤其是，‘超分辨率’成像技术使得研究人员能够以前所未有的细节实现结构成像。Veysel Berk领导研究小组应用这些光学方法以数十纳米到数十微米的长度比例连续成像活生物被膜。在这一工作之前，这些细菌群落是就它们的通常成分、外观和大量生物化学广泛开展研究。通过引进新的体内荧光标记方法，一种正在生长的霍乱弧菌（V. cholerae）的三种特异基质蛋白和细胞外多糖的分子和结构作用以一系列三维图像形式实现了可视化。这一工作促成了对这些复杂结构形成的新认识，无疑为开发出对抗感染性疾病的新方法和环境及工业设置中的细菌学应用铺平了道路。 （何嫱）

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《科学》发表论文摘要（英文） ：

http://www.sciencemag.org/conten ... 7-96ee-941ee50ddb51