基于超低场磁探针的细菌粘附机械响应及调控机制研究

The mechanical study of cell adhesion is filled with new opportunity and challenge in the field of development, inflammation and metastasis. But the mechanism of mechanical respond and regulation of bacterial adhesion is unclear. In the present project, we propose to synthetize ultra-low-field (ULF) molecular probes including micro/nanolevel and exogenous/endogenous magnetic particles for the study of mechanotransduction process of bacterial adhesion. The new method measuring the mechanical force on the molecular and cellular level will be developed based on microfluidic and ULF detection. By means of ULF force spectroscopy, the effect of substrate stiffness on bacterial adhesion force will be investigated in details. With the help of other biophysical methods, the mechanism and kinetics of mechanical respond and regulation will be discussed from the roles of bacterial adhesin and cytoskeleton. The results will reveal the molecular mechanotransduction pathway. The emerging insights in to the role of mechanical processes in bacterial adhesion may provide the basis for new antibiofilm strategies associated with bacterial resistance.

细胞粘附的生物力学研究在发育、炎症、转移等相关领域正面临新的机遇和挑战。然而细菌细胞初始粘附的机械响应和调控的分子机制仍不甚清楚。本项目以细菌粘附的生物力学信号转导过程为研究对象，充分发挥超低场生物力谱的优势，开发从微米级到纳米级、从外源性到内源性的高灵敏超低场磁探针，发展基于微流控和超低场探测装置的分子和细胞水平机械作用力测定的新方法，通过粘附力的测量研究基质硬度对细菌粘附的影响;同时结合多种技术手段，以细菌粘附素和骨架蛋白为切入点，阐明细菌初始粘附的机械响应和调控的分子机制及动力学特征，发掘新的机械力学信号转导调控分子，进而为细菌粘附机理研究及抑制生物膜形成和控制细菌耐药性提供新的思路和方法学支持。

细胞粘附的生物力学研究在发育、炎症、转移等相关领域正面临新的机遇和挑战。然而细菌细胞初始粘附的机械响应和调控的分子机制仍不甚清楚。本项目以细菌粘附的生物力学信号转导过程为研究对象，充分发挥超低场生物力谱的优势，利用 “一锅法”合成获得了双磁性交换耦合型超低场探针，采用磁性纳米粒子修饰的驱磁细菌发展了细菌内源性超低场磁探针，获得了从微米级到纳米级、从外源性到内源性的多种适合细菌粘附研究的高灵敏超低场磁探针，建立基于微流控的超低场原位力谱技术实现分子及细胞相互作用力的精确测量，构造新型的机械传感器为多种细菌的定量检测建立核酸序列及机械力编码的双重高特异性识别新方法，发展基于纳米磁探针的超低场细胞力谱平台，精准测量了多种细胞的初始粘附力，首次报道了S. aureus细菌初始粘附力与基质硬度存在良好的正相关关系，研究了细菌表面蛋白FnBP发挥的作用以及粘附动力学特征和基质表面特性的影响，阐明了细菌粘附素和骨架蛋白在初始粘附的机械力学信号转导中发挥的重要作用，揭示了细菌感应基质硬度的关键力学信号转导通路，为细菌粘附机理研究及抑制生物膜形成和控制细菌耐药性提供新的思路和理论基础。