细菌细胞周期与其关键蛋白的单细菌水平多参数定量关系研究

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细菌细胞周期及其关键蛋白调控着细菌的生长和分裂。阐明二者之间的关系,对促进微生物基础研究和新型抗菌药物的研发,以抵抗日益严峻的细菌耐药威胁意义重大。细菌细胞周期关键蛋白在时间和空间上存在高度个体差异性和多样性,部分蛋白的表达量极低,且与其它生物分子关系密切,因此如何在单细菌水平揭示细胞周期和关键蛋白的关联,并进而实现与其它生物指标的同时分析是现阶段的研究难点。基于此,本论文利用流式细胞术高通量、多参数和单颗粒水平的检测优势,结合核酸标记技术和双砷染料一四半胱氨酸标记技术,发展了一种单细菌水平对细菌细胞周期、蛋白表达和细胞长度进行多参数同时表征的分析方法,并获得多种参数之间的关联性。主要包括以下内容:第一章为文献综述,主要介绍细菌细胞周期及关键蛋白的主要功能,以及现有的研究方法和研究现状,并阐述选题思路和研究内容。第二章为细菌细胞周期参数流式分析方法的建立。结合核酸染料标记和软件拟合,实现了对大肠杆菌MG1655在多种生长模式下其细胞周期参数如B、C、D期起始时间和时长的测定,发现了快生长细菌C期时长较为统一的规律。第三章为细菌细胞周期关键蛋白FtsZ原位流式分析方法的建立。FtsZ作为细菌分裂的关键蛋白,在新型抗菌药物的研发中具有极大的应用潜力。采用双砷染料—四半胱氨酸标记策略,本章实现对FtsZ蛋白的原位标记,并实现对大肠杆菌MG1655在多种生长模式下FtsZ蛋白表达的测定,以及慢生长模式下FtsZ蛋白在一个细胞周期中表达规律的测定,发现了 FtsZ蛋白表达与营养程度正相关,并得到慢生长条件下FtsZ蛋白在一个细胞周期中先上调再下调的表达规律。第四章为细菌细胞周期关键参与者多参数分析方法的建立。基于流式细胞仪散射光和多荧光同时检测的性能,结合两种荧光标记策略,实现单个细菌的DNA含量、FtsZ蛋白表达和细胞长度的定量分析,在单细菌水平证明FtsZ蛋白表达上调与DNA复制之间的关系,并首次在单细菌水平上发现了 DNA含量、FtsZ蛋白表达和细胞长度之间相互正向关联的规律。所发展的分析方法将为细菌细胞周期的基础研究提供先进的技术手段。第五章为总结与展望。
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