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出版者:American Chemical Society

作者:Terri A Camesano

出品人:

頁數:354

译者:

出版時間:2008-5-30

價格:USD 150.00

裝幀:Hardcover

isbn號碼:9780841274303

叢書系列:

圖書標籤:

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

微生物錶麵結構與相互作用：跨學科視角下的前沿探索 核心議題： 本書旨在全麵、深入地探討微生物（細菌、真菌、古菌等）錶麵所承載的復雜結構、多樣的化學組成及其在微環境與宏觀生態係統中所扮演的關鍵角色。我們聚焦於這些錶界麵如何介導微生物與其他生命形式、無機物、生物分子之間的動態、多尺度的相互作用，特彆關注這些機製在生物技術、環境科學、材料科學以及人類健康等領域的前沿應用。 --- 第一部分：微生物錶麵的基本架構與分子組成 本部分將構建理解微生物錶麵功能的分子和結構基礎。我們將從最基礎的細胞壁、細胞膜結構齣發，詳細剖析覆蓋在不同域微生物錶麵的特有組分。 第一章：細胞壁的結構多樣性與功能梯度 本章將對比原核生物（革蘭氏陽性菌、革蘭氏陰性菌）和真核微生物（酵母、黴菌）細胞壁的生物化學差異。 肽聚糖（Peptidoglycan）的精細結構與交聯機製： 深入探討肽聚糖的閤成、修飾（如N-乙酰胞壁酸的替代）及其對細胞剛性和滲透壓保護的重要性。研究不同抗生素（如青黴素類）作用靶點與肽聚糖閤成酶係之間的分子互作。 革蘭氏陰性菌外膜的復雜性： 重點解析脂多糖（LPS）的結構，包括脂質A（LPS的關鍵毒性組分）、核心寡糖和O抗原的變異性。討論LPS組裝與跨膜運輸的分子機器（如Lpt係統）。 真菌細胞壁的基質組成： 考察葡聚糖（β-葡聚糖）、殼聚糖和甘露聚糖在維持細胞形態、抵抗環境脅迫中的協同作用。分析這些多糖在酵母和絲狀真菌中的空間排列模式。 第二章：錶麵附著物與外膜/外被的分子多樣性 微生物錶麵並非光滑的屏障，而是布滿瞭高度功能化的附屬結構。 S-層（錶麵層蛋白）： 描述S-層蛋白的二維晶格結構、自我組裝特性及其在古菌和部分細菌中的保護、識彆功能。探討如何利用S-層作為納米材料功能化的理想支架。 菌毛（Pili）與綫毛（Fimbriae）的組裝與動態性： 詳細解析I型、IV型菌毛的生物發生途徑，以及它們在細菌運動（如彈道式運動）和初級附著中的作用。討論菌毛抗原的快速變異機製。 莢膜（Capsule）與粘液層（Slime Layer）： 比較緊密莢膜與鬆散粘液層的化學組成（如透明質酸、胞外多糖EPS），強調其在生物膜形成、抵抗吞噬作用中的免疫逃逸功能。 第三章：錶麵功能分子的化學特性與電荷分布 本章關注影響微生物錶麵宏觀性質的微觀化學細節。 錶麵親/疏水性測定與影響因素： 闡述使用接觸角測量法、沉降速率法等評估錶麵能的方法。分析疏水性在菌群定植、抗生素滲透以及生物膜初期聚集中的決定性作用。 錶麵電荷與等電點（IEP）： 探討磷酸基團、羧基、氨基等官能團在不同pH條件下對微生物錶麵淨電荷的影響。解釋錶麵電荷在微生物絮凝、電泳遷移率及與帶電基質（如土壤礦物）相互作用中的基礎性意義。 錶麵蛋白與外膜囊泡（OMVs）的蛋白質組學： 介紹鑒定暴露於錶麵的關鍵蛋白的技術（如錶麵易位酶標記法），並分析OMVs釋放的信號分子、酶和毒素如何影響宿主細胞或競爭微生物。 --- 第二部分：界麵相互作用的物理化學驅動力 微生物錶麵的功能性主要體現在它與其他環境組分發生界麵作用的能力上。本部分探討驅動這些作用的物理化學原理。 第四章：錶麵粘附與初級定植的機製 粘附是微生物生命周期（無論是緻病、生物膜形成還是環境生存）的第一步。 DLVO理論在微生物粘附中的應用與局限性： 重新審視範德華力和靜電相互作用在微生物與非生物錶麵（如醫療植入物、管道內壁）接觸時的相對貢獻。討論DLVO理論在復雜溶液（高離子強度）中的修正。 特定配體-受體識彆： 聚焦於高度特異性的分子識彆事件，例如細菌粘素（Adhesins）與其宿主細胞錶麵糖蛋白或特定受體（如整閤素、縴連蛋白）的結閤。 生物膜的動態形成與成熟： 詳細描述從單細胞附著到多層結構構建的步驟。分析初級粘附分子（如特定EPS組分或菌毛）如何被次級結構（如胞外DNA、酶）所取代，實現結構的穩固化。 第五章：微生物錶麵與物質轉移的界麵動力學 微生物錶麵是物質交換的門戶，涉及到營養吸收、代謝物排齣以及毒素的傳遞。 滲透與跨膜轉運係統： 考察錶麵孔蛋白、外排泵以及營養物攝取係統（如鐵載體受體）的結構與功能，以及它們如何響應環境信號調節開放性。 錶麵酶的固定化與底物訪問： 探討胞外水解酶（如蛋白酶、脂肪酶）如何錨定在細胞錶麵，並分析其局部微環境（如pH梯度）對酶活性的影響。 環境毒物與金屬的吸附/解吸： 分析微生物錶麵官能團（如羥基、磷酸基）對重金屬離子（Pb²⁺, Cd²⁺）和有機汙染物（染料、藥物）的螯閤能力，涉及靜電結閤與配位化學。 第六章：微生物群落間的錶麵介導通訊與競爭 微生物錶麵是信息傳遞和群落結構建立的關鍵平颱。 生物錶麵活性劑（Biosurfactants）的作用： 描述鼠李糖脂、錶麵活性素等分子如何改變細胞錶麵張力，促進營養獲取、物質分散或乾擾競爭者的定植。 群體感應（Quorum Sensing, QS）信號的釋放與接收： 考察QS信號分子（如AI-1, AI-2）如何穿透或結閤於錶麵受體，並引發下遊的群體行為調控，如毒力因子錶達。 抗菌素與其他代謝物的錶麵交換： 研究微生物如何通過直接接觸或釋放的胞外分子來抑製鄰近競爭者，包括噬菌體附著位點的暴露與保護。 --- 第三部分：錶麵工程與應用前沿 本部分將研究人員如何利用對微生物錶麵的深入理解，設計和開發具有特定功能的生物界麵。 第七章：生物材料錶麵的微生物汙染與控製策略 醫療器械、水處理膜等材料麵臨的嚴峻挑戰。 抗生物膜材料的設計原則： 介紹基於“不粘附”（Anti-fouling）和“主動殺菌”（Anti-microbial）兩種策略的錶麵修飾。討論聚乙二醇（PEG化）層和磷脂酰膽堿（PC）塗層如何抑製蛋白質鋪展和細菌初始粘附。 靶嚮錶麵識彆的抗菌肽（AMPs）與其遞送係統： 探討AMPs如何選擇性作用於細菌獨特的錶麵結構（如帶負電的脂質A），並研究納米載體如何保護AMPs並提高其對生物膜深層的滲透性。 自清潔與自修復錶麵的仿生學研究： 從荷葉效應到鯊魚皮結構，分析如何模仿天然微生物錶麵結構來設計能抵抗微生物定植的工程錶麵。 第八章：微生物錶麵作為生物催化劑的工程化 將天然微生物的錶麵活性轉化為工業級應用。 細胞錶麵展示技術（Cell Surface Display）： 詳細介紹利用噬菌體展示、酵母展示等技術，將特定功能蛋白（如抗體片段、脂肪酶）高效固定在微生物錶麵，用於篩選或固定化催化。 負載與固定化： 比較共價鍵閤、物理吸附和包埋等方法在穩定固定化微生物細胞時的優缺點，重點關注如何保持細胞活性的同時最大化目標産物的輸齣效率。 微生物燃料電池（MFCs）中的電極-細胞界麵： 分析陽極微生物群落結構、EPS分泌如何直接影響電子轉移效率。討論如何通過錶麵改性（如導電聚閤物塗層）優化電子的收集與傳遞速率。 第九章：環境修復與生物傳感器中的錶麵工程 利用微生物錶麵的高特異性和反應性進行環境監測與治理。 生物吸附劑的優化與再生： 針對重金屬、放射性核素或特定有機汙染物，通過化學修飾（如羧基化、巰基化）提高微生物生物質（如死細菌或真菌菌絲體）對靶標的親和力，並探討高效的洗脫再生方案。 基於錶麵等離激元共振（SPR）的微生物傳感器： 介紹如何將特定的微生物錶麵分子（如LPS、特異性受體）固定在傳感器芯片上，用於快速、高靈敏度地檢測環境中存在的相應病原體或生物標誌物。 生物膜反應器的錶麵能調控： 在廢水處理和生物修復中，討論如何通過控製反應器內壁的錶麵能，促進目標功能菌群的富集，同時抑製汙垢形成菌群的過度生長。 --- 總結與展望： 本書的最終目標是整閤結構生物學、界麵物理化學、材料科學和微生物生態學的知識體係，為讀者提供一個全麵、前沿的知識框架，以期驅動未來在生物材料、生物醫學和可持續環境技術領域中對微生物錶麵這一關鍵界麵的深度開發與精準控製。

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