芽孢杆菌细胞壁肽聚糖在纳米尺度的超微结构的研究

Peptidoglycan is the main component of bacterial cell wall. The structure of peptidoglyan is fundamental in microbiological research. However, the supramolecular architechture of peptidoglycan at nanoscale remains unclear. Atomic force microscopy has brought great breakthrough in researching the architechture of peptidoglycan. But the works in this area are quite limited, especially the detailed work on a certain type of bacteria is still lacking. Our project will focus on the typical Gram positive bacteria, Bacillus, and we will carry out detailed work about the architechture of peptidoglycan within this genus. Based on out previous work, we will select Bacillus strains from diverse environments such as land, sea, and polar area. These strains have different characteristics in there physiological properties. With these bacterial samples, we will carry out works about the diversity of the architechture of peptidoglycan within the genus of Bacillus. And we will work on the changes of architechture of peptidoglycan during growth. Moreover, we will work on the changes of architechture of peptidoglycan at different growth condition. This work will be meaningful in the research area of microbiology, and will help us to better understand the diversity of the architechture of bacterial peptidoglycan.

细菌细胞壁的主要骨架成分是肽聚糖，肽聚糖的结构是微生物学研究中一个非常基础的问题，然而其在纳米尺度上的空间结构形貌一直并不清晰。原子力显微镜技术的引入，在肽聚糖超分子空间结构形貌研究方面获得了巨大突破，然而该领域目前进展很少，仍存在大量的空白，迄今仍没有关于对某一类细菌肽聚糖空间结构形貌的深入研究。本文拟聚焦于典型的革兰氏阳性细菌——芽孢杆菌，在一个属的范围内对肽聚糖空间结构形貌开展进一步的深入研究。申请者将在已有的工作基础上，选择本实验室保存的来自陆地、海洋、极地等不同环境的、具有不同生理特性的芽孢杆菌菌株，对其细胞壁肽聚糖在纳米尺度上超微空间结构形貌的多样性，在生长过程中肽聚糖的空间形貌的变化，以及肽聚糖的空间形貌随生长条件的变化而如何改变等一系列问题。研究结果将有助于阐明细菌细胞壁肽聚糖超微结构在属的范围内多样性，对我们深入理解细菌细胞壁肽聚糖的超微结构，具有较为重要的意义。

细胞壁对于维持菌体形状、保护菌体不受损伤具有关键作用。细菌的生长、分裂等很多重要生命过程，也都涉及到细胞壁的结构变化。因此对于细菌细胞壁的结构研究，是具有重要意义的。细胞壁的化学结构已经得到了比较清楚的研究，然而，在细胞壁中，肽聚糖分子组织交联形成什么样的超分子结构，以及这种超微形貌结构的变化规律，并不清楚。本项目在前期研究的基础上，以典型革兰氏阳性细菌芽孢杆菌为研究对象，聚焦于这一属，选取多种芽孢杆菌属多个不同种的菌株，使用高分辨率的原子力显微镜，对其细胞壁肽聚糖超微形貌方面的工作进行深入研究。研究结果揭示了芽孢杆菌属内不同种之间细胞壁肽聚糖在超微形貌结构上的多样性，即使同一个属的芽孢杆菌，不同种之间的细胞壁肽聚糖在纳米尺度上的超微形貌结构也是具有较为明显的差异的。而且生长条件对于细胞壁肽聚糖的超微形貌结构具有较大的影响。多数芽孢杆菌在从对数生长期到稳定生长期之间，不同的生长阶段其细胞壁肽聚糖的超微形貌结构会发生显著改变。而且不同的培养温度也会影响到细胞壁肽聚糖的超微形貌结构。从而揭示了芽孢杆菌属细菌细胞壁肽聚糖在纳米尺度上的超微形貌结构的多样性及其变化规律。此外，通过对芽孢杆菌分裂版的超微形貌结构的研究，揭示了分裂版这一芽孢杆菌分裂过程中的重要细胞结构的生长形成过程及其超微形貌结构。并且进一步研究了细菌分裂完成之后，细胞壁半球形端部的形成机制，揭示了端部细胞壁具有一定的弹性性质，且菌体内压在芽孢杆菌细胞壁的端部的半球状形貌形成过程中具有重要作用。研究结果有助于阐明细菌细胞壁肽聚糖超微结构在属的范围内多样性，不同的生长条件对其超微结构的影响，以及生长分裂过程中细胞壁的结构变化，对我们深入理解细菌细胞壁肽聚糖的超微结构，具有较为重要的意义。