近日，山东大学生命科学学院微生物技术国家重点实验室的谷立川教授课题组与中科院微生物研究所的马旅雁研究员紧密合作并在铜绿假单胞菌生物被膜研究领域取得重要研究进展。该研究成果以“PslG, a self-produced glycosyl hydrolase, triggers biofilm disassembly by disrupting exopolysaccharide matrix.”为题发表于Cell research 期刊（(2015) 25:1352-1367, IF=12.4）。
铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）是一种重要的条件致病菌，能够引发多种急、慢性疾病。该菌生物被膜（Biofilm）的形成导致其对外界环境以及抗生素的抵抗力大大提高。因此，打破生物被膜有助于治疗该菌引起的耐药性感染。胞外基质（Extracellular matrix）是生物被膜的主要组成部分，占到生物被膜总体积的85%，为生物被膜的形成提供支架，并且可以促进生物被膜细胞之间的交流。胞外基质主要包括胞外多糖、蛋白质、核酸等。铜绿假单胞菌主要产生三种胞外多糖：alginate、Pel和Psl，其中Psl可以在生物被膜细胞表面形成螺旋的网状物，对生物被膜的形成及抗生素抗性起到了关键的作用。目前为止，尚未发现可以高效破坏胞外基质主要成分胞外多糖的物质。
该研究工作解析了Psl合成途径中重要的糖苷水解酶PslG的晶体结构，通过结构分析及同源蛋白比对发现PslG具有糖苷内切酶的特征。功能实验发现PslG可以通过水解Psl抑制铜绿假单胞菌生物被膜的形成，并且可以水解已经成熟的生物被膜。严谨的数据表明，纳摩尔浓度的PslG可以在半小时内将生物膜的物质量降低90%以上，这是目前为止发现的最高效的瓦解生物被膜的物质。经PslG处理过的生物被膜对抗生素的抗性下降了4-8倍，并且对巨噬细胞更为敏感。该工作进一步通过分子对接及突变实验对PslG的水解机制进行了研究。
本项研究成果对于研发针对铜绿假单胞菌生物被膜导致的耐药性感染的抗菌药物制剂具有重要的意义，并已申请了国家发明专利。目前课题组正在继续在蛋白质结构基础上进行PslG的理性改造工作，已经获得了能够抵抗蛋白酶降解的突变体，这对于PslG广泛用于多种恶劣环境具有重要意义。在此基础上与医学、环境、海洋等多个学科实验室的合作研究工作正在展开，有望在不久的将来能够充分挖掘出这项成果的应用价值。
该项成果主要由山东大学和中科院微生物所共同完成，参加本项工作的还有来自美国华盛顿州立大学以及新加坡南洋理工大学的研究人员。研究过程中谷立川实验室在蛋白质结构与功能方面的特长与微生物所在病原微生物功能研究方面的基础的紧密结合起到了关键作用，充分证明了多学科交叉合作解决关键科学难题的威力。微生物所博士生于珊与本校博士生苏甜甜为并列第一作者，微生物所马旅雁研究员与谷立川教授为并列通讯作者。
谷立川教授课题组长期从事病原微生物生物被膜相关代谢与信号转导方面的研究，先后在国际著名杂志Nature Structural & Molecular Biology，Cell Research，Plos Pathogens，Nucleic Acids Research，Molecular Microbiology，Journal of Biological Chemistry等高水平学术杂志发表多篇研究论文。本项成果的取得标志着实验室在基础研究方面的长期坚持终于导致了具有重大应用价值的科学发现。
