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给水管网中细菌初期附着对环境胁迫的响应研究

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给水管网中细菌初期附着对环境胁迫的响应研究

作者：胡清源合肥工业大学

学位级别：硕士

微生物会在介质表面附着并形成生物膜。给水管网中,形成的生物膜会阻塞水流输送,并严重影响供水水质安全。尽管近年来研究者对生物膜的形成和外界因素对生物膜生长的影响开展了大量研究,但是环境压力如何胁迫微生物的个体行为特征以及... 详细信息

微生物会在介质表面附着并形成生物膜。给水管网中,形成的生物膜会阻塞水流输送,并严重影响供水水质安全。尽管近年来研究者对生物膜的形成和外界因素对生物膜生长的影响开展了大量研究,但是环境压力如何胁迫微生物的个体行为特征以及其初期附着尚不清晰。本文以给水管网细菌以及其中具有代表性的条件致病菌—铜绿假单胞菌为研究对象,剖析营养环境和氯对其初期表面附着行为的影响,揭示给水管网管壁生物膜的形成机制,以期为制定有效的生物膜控制策略提供科学依据和理论支撑,进而保障供水水质安全。首先,本文以给水管网细菌为对象,研究了氯浓度对胞外聚合物以及初期生物膜形成的影响。结果表明,低于1.0 mg/L的氯会促进细菌胞外聚合物(特别是蛋白质)的分泌和初期生物膜的形成,而在去除胞外聚合物后,特别是在去除胞外蛋白质后,会减少生物膜的生成量,证明胞外聚合物对生物膜形成有重要影响。胞外蛋白质和细胞表面电荷的负相关关系说明氯可能通过改变细胞表面性质从而调控生物膜的形成。其次,为进一步解析给水管网细菌的附着机制,本文以运动型和非运动型铜绿假单胞菌为研究对象,剖析营养条件和氯对其初期附着行为的调控。结果表明,对于运动型细菌,贫营养环境会显著促进其初期附着,低浓度的氯(0.5 mg/L)也会刺激细菌附着;对于非运动型细菌,其附着率随周围营养物质浓度的降低而减少,而氯浓度对其附着率的影响不显著;在不同环境条件下,其附着率均小于运动型细菌。最后,本文对营养条件和氯胁迫下细菌的运动速度和细胞表面特性进行了研究。结果表明,对于运动型细菌,贫营养环境和低浓度的氯(0.5 mg/L)会促进其运动速度,且运动速度与初期附着量显著相关;环境的改变对其分泌胞外聚合物的影响不显著。对于非运动型细菌,在不同环境条件下,其胞外聚合物的分泌量均高于运动型细菌,且胞外聚合物和初期附着量之间有较高的相关度。Zeta电位会随着环境变化而改变,且其与附着量之间负相关,但是疏水性在环境胁迫下没有显著变化。

关键词：环境胁迫铜绿假单胞菌细菌运动胞外聚合物初期附着

消毒剂胁迫对铜绿假单胞菌初期附着的可视化研究

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生物化工 2019年第6期5卷 80-82页

作者：杜邦单蓉蓉谷正合肥工业大学土木与水利工程学院

细菌可存在于包括自来水和饮用水在内的所有水环境中,也可以生物膜的形式附着在固体表面。余氯的存在会使细胞膜和膜相关聚合物的化学官能团发生形变,阻止细菌由可逆附着向不可逆附着的转变,从而阻碍了生物膜在新的表面扩散和定植。本... 详细信息

细菌可存在于包括自来水和饮用水在内的所有水环境中,也可以生物膜的形式附着在固体表面。余氯的存在会使细胞膜和膜相关聚合物的化学官能团发生形变,阻止细菌由可逆附着向不可逆附着的转变,从而阻碍了生物膜在新的表面扩散和定植。本文以铜绿假单胞菌为例,运用激光共聚焦显微镜的成像技术,有效地表征了细菌生物膜在初期形成过程中的三维形态结构,并探究了消毒剂胁迫作用下生物膜形成的差异性,可为铜绿假单胞菌的病理性研究提供可视化数据支持,具有指导意义。

关键词：铜绿假单胞菌生物膜初期附着可视化技术

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微尺度下微生物聚集过程模拟解析

微尺度下微生物聚集过程模拟解析

作者：顾越合肥工业大学

学位级别：硕士

微生物在面对环境压力时,会以聚集的方式形成群体来抵御不利环境的影响。微生物聚集体的形成和生长繁殖是微生物与其所处环境之间复杂交互作用的结果,是微生物主动或被动调节和适应其环境的行为反映。然而,目前对环境压力如何胁迫微生... 详细信息

微生物在面对环境压力时,会以聚集的方式形成群体来抵御不利环境的影响。微生物聚集体的形成和生长繁殖是微生物与其所处环境之间复杂交互作用的结果,是微生物主动或被动调节和适应其环境的行为反映。然而,目前对环境压力如何胁迫微生物聚集过程的认识尚不清晰,缺乏微尺度下微生物聚集过程的定量描述。本文以细菌和单细胞藻类为研究对象,探究限制性营养条件和消毒剂胁迫下水体化学和微生物行为过程的微观时空变化模式,构建微尺度下微生物聚集过程的数学模型,剖析环境压力胁迫下细菌运动对其初期附着、聚集的影响机理,以期为控制和利用微生物聚集行为提供理论支撑。首先,以铜绿假单胞菌为研究对象,探讨不同营养条件下细菌运动对其初期附着的影响。结果表明,随着营养物质浓度的增大,细菌运动速度和表面附着均呈现先升高后降低的趋势,其中在稀释比例为1/50时最高。数学模拟结果表明,受到环境突变和微观浓度梯度的双重影响,中度营养限制条件促进细菌的运动,有助于增大细菌觅食机会以及细胞-细胞和细胞-表面间的碰撞频率,进而促进细菌的表面附着和聚集。其次,以单细胞藻类为研究对象,研究不同初始氯浓度条件下小球衣藻的运动和聚集行为。结果表明,低浓度氯会提高小球衣藻的运动速度和聚集,高浓度氯抑制其运动,不利于聚集。影响小球衣藻运动速率的主要原因是投加消毒剂造成的环境突变所带来的刺激作用,微尺度下浓度分布的差异性对其影响不显著;但微观浓度梯度调控着藻的运动方向,使其趋向于低浓度区域。小球衣藻的聚集行为有利于提高其在消毒剂环境中的生存率。最后,在以上研究的基础上,研究营养条件对生物膜种群结构的影响。结果表明,在营养限制条件下,两种细菌共同接种有利于其初期附着,并且接种菌群越均匀附着率越高;而在营养充足条件下,非运动细菌所占比例越高越有利于初期附着。营养条件通过调控运动速度影响细菌相互作用,进而改变附着微生物菌群结构,其中增大营养浓度会降低生物膜中运动细菌的占比,随着时间的推移,非运动型细菌占比逐渐增大。

关键词：环境压力微生物运动初期附着微生物聚集种群结构

新型短肽GK12通过干扰链球菌抑制生物膜形成的研究

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新型短肽GK12通过干扰链球菌抑制生物膜形成的研究

作者：蔺晨天津医科大学

学位级别：硕士

背景:牙周炎是一种慢性感染性疾病,由多种微生物引起的,导致牙周支持组织破坏,并最终导致牙齿脱落。牙周疾病还与许多全身性疾病和病症相关,包括冠状动脉疾病,类风湿性关节炎,糖尿病,肺部疾病,癌症和阿尔茨海默氏病。牙周疾病的治疗包... 详细信息

背景:牙周炎是一种慢性感染性疾病,由多种微生物引起的,导致牙周支持组织破坏,并最终导致牙齿脱落。牙周疾病还与许多全身性疾病和病症相关,包括冠状动脉疾病,类风湿性关节炎,糖尿病,肺部疾病,癌症和阿尔茨海默氏病。牙周疾病的治疗包括洁治和根面平整等非手术治疗,以及牙周手术治疗等机械清除龈下牙菌斑的方法,但以上这些方法不能完全消除牙菌斑。同时,牙周袋中的生物膜对抗生素治疗具有高度抗性,并且由于滥用抗生素而出现耐药菌株。因此,开发替代治疗方案具有重要的临床意义,例如应用抗生物膜肽将牙齿和种植体表面的降低牙周病原体的致病性根据前期实验,本课题合成抗菌短肽GK12(GLLWRKCCRRKK-NH2),其具有抑制粘附和抗菌的潜在性能,以抑制菌斑生物膜形成,为治疗生物膜相关性疾病提供了策略。目的:具有抗菌和抗炎特性的短合成肽为抑制牙表面,种植体和修复体表面生物膜的形成提供了一个很有前途的选择。口腔链球菌(Streptococcus oralis,***),血链球菌(Streptococcus sanguinis,***),戈登链球菌(Streptococcus gordonii,***)出现在菌斑生物膜细菌生长的早期阶段,是生物膜的形成的基础。本文设计合成抗菌肽GK12,通过抑制其早期生物膜形成,评估其对口腔链球菌属细菌的抑制作用。方法:本研究构建了一种新型短肽GK12。使用拉曼光谱(Raman spectroscopy)检测其二级结构;用链球菌评价GK12的抗浮游生物细菌和生物膜特性,测定最小抑菌浓度(MIC)和最小杀菌浓度(MBC);用人牙龈成纤维细胞(human gingival fibroblasts,HGFs)评价GK12的抗炎特性以及生物相容性。扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)以及激光共聚焦显微镜(CLSM)观察细菌细胞形态,以及用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)研究其抗菌机制。结果:GK12对浮游态和生物膜态链球菌生长均有抑制作用,CLSM观察染色的链球菌生物膜凋亡细胞比例多于对照组,SEM和TEM结果可见细菌细胞膜破裂,内容物泄露,细菌形态完整性被破坏。qRT-PCR结果表明,GK12可以通过抑制sspA基因表达来抑制***在表面粘附。结论:本研究表明抗菌肽GK12通过破坏生物膜初期附着菌的活性干扰生物膜的形成,且生物相容性好,具有预防由生物膜感染引发疾病的可能性。

关键词：新型合成肽链球菌口腔生物膜牙周炎初期附着

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营养物质对希瓦氏菌附着行为的影响

生物化工 2020年第5期6卷 73-75页

作者：沈仁豪贾伟张瑾合肥工业大学土木与水利工程学院安徽合肥230009

细菌可以存活于水环境或者空气之中,也可以附着在固体表面形成生物膜。以奥奈达希瓦氏菌为例,通过对细菌运动速度以及固体表面营养物质浓度的测定,有效地表征了营养物质对细菌附着行为产生的影响,可为营养物质浓度影响生物膜形成的机制... 详细信息

细菌可以存活于水环境或者空气之中,也可以附着在固体表面形成生物膜。以奥奈达希瓦氏菌为例,通过对细菌运动速度以及固体表面营养物质浓度的测定,有效地表征了营养物质对细菌附着行为产生的影响,可为营养物质浓度影响生物膜形成的机制提供理论支撑。

关键词：希瓦氏菌初期附着营养物质运动速度