自然界当中的细菌大多是群体聚集在表面形成称为生物膜的结构的方式存在的,相比较而言,以游离的、单独存在的方式生活的细菌并不是很常见。在生物膜当中,细菌大多通过其表面的附属物比如鞭毛和菌毛相互作用,直至聚集在一起形成菌落,之后由细菌产生的一些基质如多糖、糖蛋白以及DNA继续形成和完善生物膜的结构。这些多细胞的行为方式对一些寄生菌非常重要,因为80%的人类慢性炎症和传染病中都可以发现生物膜的存在。形成生物膜在某些方面对于工业上的发酵生产是很不利的。所以将生物膜生长缺陷型的大肠杆菌应用到生物技术领域的方法已经得到发展。大肠杆菌毒素-抗毒系统(TA系统)是被证实与生物膜形成相关的一类基因。在TA系统中,一个基因编码稳定的毒素蛋白,可干扰细胞正常的生理进程,进而使细胞裂解死亡。同时另一个基因编码不稳定的抗毒素蛋白,抗毒素蛋白可以结合到毒素蛋白上,进而抑制毒素蛋白的活性。最近的许多研究表明,细胞的死亡和裂解在生物膜的形成过程中发挥着重要作用。大肠杆菌TA系统在生物膜形成中的作用是有限的和有争议的。Kim等人研究认为,TA系统可以通过调节YjgK基因的表达来影响菌毛的形成,而菌毛对生物膜的中细菌的粘附以及分离起着重要的作用。而Kolodkin-Gal等人在MC4100中研究发现,TA系统中的基因都是通过不同的影响细胞死亡的方式来影响生物膜的形成的。同时TA系统是大肠杆菌中的关键的抗性因子。目前TA系统和细胞的死亡和裂解对生物膜形成的联系仍然是未知的。在本研究中,主要利用hip功基因来进行研究TA系统与生物膜形成之间的关系。首先构建hip缺失的BW25113菌株,来探究hip以及TA系统在生物膜形成上的作用。实验结果表明,敲除了hip基因对BW25113的生物膜形成情况有着很大的影响,hip突变株的生物膜形成与野生型相比较下降比较明显。本研究首次报道了在没有抗生素添加的情况下,hip对大肠杆菌的生物膜形成有影响。在静态情况下以及在Flow Chamber中,敲除TA系统基因的大肠杆菌在没有抗生素添加的情况下可以明显的减少生物膜的量以及结构。DNA被广泛的认为是细菌生物膜中的一种重要的结构物质,本研究从大肠杆菌BW25113的生物膜中分离得到了DNA,并且BW25113和其hipA突变株的胞外DNA的含量是不同的。再者,利用DNase Ⅰ处理大肠杆菌野生型的生物膜会造成生物膜的明显减少,但是对TA系统突变菌株的变化不是很明显。结合胞外DNA在大肠杆菌生物膜中存在的事实,说明TA系统在生物膜的形成过程中起着重要的作用以及胞外DNA是大肠杆菌生物膜的一种非常重要的结构物质。所以我们得出结论,TA系统能影响大肠杆菌的生物膜的形成并且这种影响是通过影响胞外DNA的释放来实现的。而β-半乳糖苷酶测细胞裂解实验结果表明,BW25113和其hipA突变株JW1500的细胞裂解量是不同的,野生型BW25113有着更大的裂解量,所以我们推测hipA基因是通过细胞裂解来影响DNA的释放的。总之,本研究首次报道了hipA在无抗生素添加的情况下可影响大肠杆菌生物膜的形成,并且提出了TA系统影响生物膜形成的一种新的机制,即TA系统可通过影响调节胞外DNA含量来影响生物膜的形成。