丙酮丁醇梭菌生物膜结构分析及作用研究开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文献综述

微生物不是作为分散的纯培养单个细胞生存的，而是在界面聚集形成多种微生物聚合物如：膜、网、絮体、沉淀物或者生物膜。在大多数生物膜中，微生物仅占小于10％的干重，而基质可以占到90％以上。基质大多数是微生物自身产生的胞外物质，细胞嵌入其中。当丙酮丁醇梭菌接触固定化介质时，细胞聚集并分泌自聚物将自身包裹，在介质表面形成一个特殊的细胞群体结构生物膜（biofilm）[1-3]。生物膜中的微生物生活在自身产生的基质中，该基质是水合胞外聚合物，这形成了他们的直接生存环境。胞外聚合物中主要含有多糖、蛋白质、核酸和脂质。它们保证了生物膜的机械稳定性，调节其表面附着力，形成一个相关联的、可快速固定细胞的致密三维网状结构。此外，生物膜通过使胞外酶接近细胞扮演着外部消化系统的角色，使得细胞能够代谢可溶解的、胶体的以及固体的生物聚合物。在这篇综述中，我们描述了使生物膜成为地球上最成功的生命形式eps（胞外聚合物）基质的功能、特性和成分。

生物膜的形成提供了一个完全不同于游离菌的生活方式。尽管生物膜基质中各种神秘的聚合物的精确的和分子层面的相互作用还不清楚，组成成分对基质完整性的作用在分子水平上还研究的很少，但是一些eps的功能已经确定了，展现了生物膜形式生命的广泛优点。

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

一、研究或解决的问题和研究途径

（1）丙酮丁醇梭菌eps的提取方法

高速离心的方法是通过离心时产生液体的牵拽力将细胞表而的多聚物剥离下来。从实验结果来看，它是一种十分温和的提取方法，所得到的eps量非常少。加热法提取的eps量最多，测得的dna含量也较少，但它会在一定程度上改变分子间的结构形态使蛋白质、核酸以及酶变性，破坏它们的活性。如果要对所得的eps中的蛋白质做进一步分析则不合适。超声波作用主要通过所产生的剪切力和空穴，形成压力冲击而剥离eps，但如果超声时间和功率掌握不好，会导致大量细胞破碎，影响提取效果。但超声提取的eps中成分不会变性失活，有利于后续蛋白质电泳、酶活力等的测定。小功率(25-50）超声4min，提取效率最佳。eps的化学提取过程，首先是试剂离子或分子与菌体接触，然后是eps的大分子在试剂离子或分子的作用下成为水溶性物质，从而被提取出来。硫酸提取法被认为是提取厌氧颗粒污泥eps的有效方法。但在实验中硫酸会对folin试剂法测定蛋白质产生干扰，因此需作进一步定量分析。edta作为一种鳌合剂能与ca2 和mg2 等二价离子形成稳定的复合结构，减弱eps与细胞的结合力，从而使之易于从细胞表面剥离下来。但高浓度的edta会去除细胞膜上的阳离子，导致细胞自溶，将胞内的dna释放出来。甲醛可以通过与细胞膜上蛋白质的氨基、羟基、羧基和巯基反应，帮助固定细胞，防止细胞自溶。