本网讯 近日，国际著名学术期刊Nature Communications在线发表了中国农业大学食品科学与营养工程学院/北京食品营养与人类健康高精尖创新中心李平兰教授课题组与美国东北大学生物系Yunrong Chai教授课题组合作完成的题为“Heterogeneity in respiratory electron transfer and adaptive iron utilization in a bacterial biofilm”的研究论文。

生物被膜(Biofilm)是指附着于有生命或无生命物体表面被细菌自身分泌至胞外大分子物质包裹的有序的具有高级结构的多细胞群体，细菌生物被膜的形成有利于其应对外界不良环境。铁元素是生物体生长所必需的微量元素，同时铁元素也被证明可以促进细菌生物被膜的形成，但其在芽孢杆菌生物被膜形成过程的摄取及利用机制尚不清楚。

本文以模式菌株，枯草芽孢杆菌3610（Bacillus subtilis 3610）为研究对象，利用分子生物学、分析化学及电化学等手段揭示了芽孢杆菌生物被膜形成中铁元素摄取及利用的新机制。本研究发现，铁元素在促进芽孢杆菌生物被膜形成中存在两种不同的机制。第一种机制：少部分被运输到胞内的三价铁在促进有氧呼吸过程中电子传递和强膜电位的建立方面发挥了关键的作用。同时，本章研究还发现并证明了膜电位的建立是枯草芽孢杆菌生物被膜形成过程中胞外基质形成的关键；第二种机制：大量可溶性三价铁与生物被膜胞外基质外紧密结合。基于一系列分子生物学和电化学的试验证据发现，处于枯草芽孢杆菌生物被膜底层的细胞可以利用胞外基质中结合的三价铁作为电子受体来进行体外的电子传递来建立膜电位，以此来支撑生物被膜的形成。最后，本章研究还发现了枯草芽孢杆菌通过合成并分泌大量的邻苯二酚类前体物质2,3-二羟基苯甲酸酯（DHB）来代替终产物嗜铁素作为生物被膜形成过程中的主要铁载体，从培养基中溶解和利用大量难溶性三价铁的适应性策略。

中国农业大学为本文的第一作者单位和第一通讯单位。中国农业大学食品科学与工程学院2019届博士毕业生秦宇轩为该论文的第一作者，李平兰教授和美国东北大学的Yunrong Chai教授为本论文的共同通讯作者。该研究得到了农业部公益性行业（农业）科研专项，国家自然科学基面上项目和美国国家科学基金的支持。（食品学院/供稿）