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出版者:American Chemical Society

作者:Terri A Camesano

出品人:

页数:354

译者:

出版时间:2008-5-30

价格:USD 150.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780841274303

丛书系列:

图书标签:

• Microbiology
• Biofilms
• Surface Science
• Microbial Ecology
• Adhesion
• Biointerfaces
• Extracellular Matrix
• Pathogenicity
• Antimicrobial Resistance
• Biomaterials

微生物表面结构与相互作用：跨学科视角下的前沿探索 核心议题： 本书旨在全面、深入地探讨微生物（细菌、真菌、古菌等）表面所承载的复杂结构、多样的化学组成及其在微环境与宏观生态系统中所扮演的关键角色。我们聚焦于这些表界面如何介导微生物与其他生命形式、无机物、生物分子之间的动态、多尺度的相互作用，特别关注这些机制在生物技术、环境科学、材料科学以及人类健康等领域的前沿应用。 --- 第一部分：微生物表面的基本架构与分子组成 本部分将构建理解微生物表面功能的分子和结构基础。我们将从最基础的细胞壁、细胞膜结构出发，详细剖析覆盖在不同域微生物表面的特有组分。 第一章：细胞壁的结构多样性与功能梯度 本章将对比原核生物（革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌）和真核微生物（酵母、霉菌）细胞壁的生物化学差异。 肽聚糖（Peptidoglycan）的精细结构与交联机制： 深入探讨肽聚糖的合成、修饰（如N-乙酰胞壁酸的替代）及其对细胞刚性和渗透压保护的重要性。研究不同抗生素（如青霉素类）作用靶点与肽聚糖合成酶系之间的分子互作。 革兰氏阴性菌外膜的复杂性： 重点解析脂多糖（LPS）的结构，包括脂质A（LPS的关键毒性组分）、核心寡糖和O抗原的变异性。讨论LPS组装与跨膜运输的分子机器（如Lpt系统）。 真菌细胞壁的基质组成： 考察葡聚糖（β-葡聚糖）、壳聚糖和甘露聚糖在维持细胞形态、抵抗环境胁迫中的协同作用。分析这些多糖在酵母和丝状真菌中的空间排列模式。 第二章：表面附着物与外膜/外被的分子多样性 微生物表面并非光滑的屏障，而是布满了高度功能化的附属结构。 S-层（表面层蛋白）： 描述S-层蛋白的二维晶格结构、自我组装特性及其在古菌和部分细菌中的保护、识别功能。探讨如何利用S-层作为纳米材料功能化的理想支架。 菌毛（Pili）与线毛（Fimbriae）的组装与动态性： 详细解析I型、IV型菌毛的生物发生途径，以及它们在细菌运动（如弹道式运动）和初级附着中的作用。讨论菌毛抗原的快速变异机制。 荚膜（Capsule）与粘液层（Slime Layer）： 比较紧密荚膜与松散粘液层的化学组成（如透明质酸、胞外多糖EPS），强调其在生物膜形成、抵抗吞噬作用中的免疫逃逸功能。 第三章：表面功能分子的化学特性与电荷分布 本章关注影响微生物表面宏观性质的微观化学细节。 表面亲/疏水性测定与影响因素： 阐述使用接触角测量法、沉降速率法等评估表面能的方法。分析疏水性在菌群定植、抗生素渗透以及生物膜初期聚集中的决定性作用。 表面电荷与等电点（IEP）： 探讨磷酸基团、羧基、氨基等官能团在不同pH条件下对微生物表面净电荷的影响。解释表面电荷在微生物絮凝、电泳迁移率及与带电基质（如土壤矿物）相互作用中的基础性意义。 表面蛋白与外膜囊泡（OMVs）的蛋白质组学： 介绍鉴定暴露于表面的关键蛋白的技术（如表面易位酶标记法），并分析OMVs释放的信号分子、酶和毒素如何影响宿主细胞或竞争微生物。 --- 第二部分：界面相互作用的物理化学驱动力 微生物表面的功能性主要体现在它与其他环境组分发生界面作用的能力上。本部分探讨驱动这些作用的物理化学原理。 第四章：表面粘附与初级定植的机制 粘附是微生物生命周期（无论是致病、生物膜形成还是环境生存）的第一步。 DLVO理论在微生物粘附中的应用与局限性： 重新审视范德华力和静电相互作用在微生物与非生物表面（如医疗植入物、管道内壁）接触时的相对贡献。讨论DLVO理论在复杂溶液（高离子强度）中的修正。 特定配体-受体识别： 聚焦于高度特异性的分子识别事件，例如细菌粘素（Adhesins）与其宿主细胞表面糖蛋白或特定受体（如整合素、纤连蛋白）的结合。 生物膜的动态形成与成熟： 详细描述从单细胞附着到多层结构构建的步骤。分析初级粘附分子（如特定EPS组分或菌毛）如何被次级结构（如胞外DNA、酶）所取代，实现结构的稳固化。 第五章：微生物表面与物质转移的界面动力学 微生物表面是物质交换的门户，涉及到营养吸收、代谢物排出以及毒素的传递。 渗透与跨膜转运系统： 考察表面孔蛋白、外排泵以及营养物摄取系统（如铁载体受体）的结构与功能，以及它们如何响应环境信号调节开放性。 表面酶的固定化与底物访问： 探讨胞外水解酶（如蛋白酶、脂肪酶）如何锚定在细胞表面，并分析其局部微环境（如pH梯度）对酶活性的影响。 环境毒物与金属的吸附/解吸： 分析微生物表面官能团（如羟基、磷酸基）对重金属离子（Pb²⁺, Cd²⁺）和有机污染物（染料、药物）的螯合能力，涉及静电结合与配位化学。 第六章：微生物群落间的表面介导通讯与竞争 微生物表面是信息传递和群落结构建立的关键平台。 生物表面活性剂（Biosurfactants）的作用： 描述鼠李糖脂、表面活性素等分子如何改变细胞表面张力，促进营养获取、物质分散或干扰竞争者的定植。 群体感应（Quorum Sensing, QS）信号的释放与接收： 考察QS信号分子（如AI-1, AI-2）如何穿透或结合于表面受体，并引发下游的群体行为调控，如毒力因子表达。 抗菌素与其他代谢物的表面交换： 研究微生物如何通过直接接触或释放的胞外分子来抑制邻近竞争者，包括噬菌体附着位点的暴露与保护。 --- 第三部分：表面工程与应用前沿 本部分将研究人员如何利用对微生物表面的深入理解，设计和开发具有特定功能的生物界面。 第七章：生物材料表面的微生物污染与控制策略 医疗器械、水处理膜等材料面临的严峻挑战。 抗生物膜材料的设计原则： 介绍基于“不粘附”（Anti-fouling）和“主动杀菌”（Anti-microbial）两种策略的表面修饰。讨论聚乙二醇（PEG化）层和磷脂酰胆碱（PC）涂层如何抑制蛋白质铺展和细菌初始粘附。 靶向表面识别的抗菌肽（AMPs）与其递送系统： 探讨AMPs如何选择性作用于细菌独特的表面结构（如带负电的脂质A），并研究纳米载体如何保护AMPs并提高其对生物膜深层的渗透性。 自清洁与自修复表面的仿生学研究： 从荷叶效应到鲨鱼皮结构，分析如何模仿天然微生物表面结构来设计能抵抗微生物定植的工程表面。 第八章：微生物表面作为生物催化剂的工程化 将天然微生物的表面活性转化为工业级应用。 细胞表面展示技术（Cell Surface Display）： 详细介绍利用噬菌体展示、酵母展示等技术，将特定功能蛋白（如抗体片段、脂肪酶）高效固定在微生物表面，用于筛选或固定化催化。 负载与固定化： 比较共价键合、物理吸附和包埋等方法在稳定固定化微生物细胞时的优缺点，重点关注如何保持细胞活性的同时最大化目标产物的输出效率。 微生物燃料电池（MFCs）中的电极-细胞界面： 分析阳极微生物群落结构、EPS分泌如何直接影响电子转移效率。讨论如何通过表面改性（如导电聚合物涂层）优化电子的收集与传递速率。 第九章：环境修复与生物传感器中的表面工程 利用微生物表面的高特异性和反应性进行环境监测与治理。 生物吸附剂的优化与再生： 针对重金属、放射性核素或特定有机污染物，通过化学修饰（如羧基化、巯基化）提高微生物生物质（如死细菌或真菌菌丝体）对靶标的亲和力，并探讨高效的洗脱再生方案。 基于表面等离激元共振（SPR）的微生物传感器： 介绍如何将特定的微生物表面分子（如LPS、特异性受体）固定在传感器芯片上，用于快速、高灵敏度地检测环境中存在的相应病原体或生物标志物。 生物膜反应器的表面能调控： 在废水处理和生物修复中，讨论如何通过控制反应器内壁的表面能，促进目标功能菌群的富集，同时抑制污垢形成菌群的过度生长。 --- 总结与展望： 本书的最终目标是整合结构生物学、界面物理化学、材料科学和微生物生态学的知识体系，为读者提供一个全面、前沿的知识框架，以期驱动未来在生物材料、生物医学和可持续环境技术领域中对微生物表面这一关键界面的深度开发与精准控制。

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