必将研究者在病原体原生质机能代谢物组学应用领域赢得新进展

在国家自然科学基金项目(批准号：81274175，31670031 )等资助下，上海交通大学吕海涛课题组，整合运用精准靶向代谢组学和遗传学整合策略(Precision-Targeted Metabolomics combined with genetic method)、结合电镜表型分析(Imaging visualization)，从小分子代谢角度，在大肠杆菌生物膜体系当中精准发现和验证若干具有调控生物膜形成的功能代谢产物，并初步阐明铁载体生物合成介导的铁离子调控功能代谢物表达，进而影响生物膜形成的代谢机理。研究成果以“基于质谱的靶向代谢组学精准表征调控大肠杆菌生物膜形成的新功能代谢物”(Mass spectrometry based targeted metabolomics precisely characterized new functional metabolites that regulate biofilm formation in Escherichia coli)为题，于2020年12月26日在线发表于《分析化学学报》(Analytica Chimica Acta)。　　生物膜(Biofilms)是由微生物形成的一种被膜组织，是微生物为抵抗外界胁迫条件而维持生存的特殊膜组织。生物膜的形成直接造成临床上90%以上抗生素耐药的发生，也关联肿瘤、糖尿病和神经系统疾病等耐药的发生(病灶处由于细菌感染形成生物膜)。此外，生物膜的形成对多个行业都产生巨大的危害，如金属精密仪器腐蚀，水环境污染，食品污染等。总之，微生物生物膜的形成，具有巨大的危害。尽管科学界进行半个世纪的研究探索，鉴于其形成的分子机理非常复杂，目前仍尚未系统解析，因而缺乏有效的策略清除不同领域生物膜的形成，抑制其毒副作用和危害的产生。本研究首次利用课题组新开发建立的精准靶向代谢组学方法，系统研究铁离子动态调控大肠杆菌生物膜形成的代谢规律，以及其与大肠杆菌铁载体生物合成的互作关系。研究结果证实，铁载体能够介导铁离子的跨膜转运和生物利用，进而调控微生物细胞内五个功能代谢物的生物合成和表达，这些功能代谢产物能够有效调控生物膜的形成和解离 (图1)。
 　　本研究首次从功能代谢角度发现和表征微生物生物膜的形成的代谢调控规律，为未来从功能代谢物与铁离子/铁载体的互作角度，设计全新策略清除生物膜的形成，彻底解决上述不同生命科学领域与生物膜相关的有害挑战，提供重要科学基础。