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祝贺周彦老师和周璇等同学的“基质刚度调控三维生物膜抗生素耐药机制的SECM研究”被Analytical Chemistry接收！

Y. Zhou, X. Zhou, J. J. Zhang, Y. X. Zhao, Z. Y. Ye, F. Xu, F. Li*, Confined Mechanical Microenvironment Regulated Antibiotic Resistance in 3D Biofilm Aggregates Probed by Scanning Electrochemical Microscopy, Analytical Chemistry, 2025, Accepted

论文摘要：抗生素耐药性是全球重大健康威胁，传统二维（2D）生物膜模型与临床三维（3D）生物膜的抗生素疗效存在显著差异。宿主细胞外基质刚度等力学微环境对病原菌耐药性具有关键调控作用，但缺乏对其机制的其原位动态探究方法。本研究通过构建刚度可调（0.5–5 kPa）的3D琼脂糖凝胶模型，模拟了体内生物膜生长环境，发现基质刚度升高显著增强生物膜抗生素耐受性：庆大霉素对硬基质（4.71 kPa）中生物膜的MBEC₅₀值达13940.3 μg/mL，较浮游细菌提升近50倍。为解析其机制，我们首次应用扫描电化学显微镜（SECM），原位实时监测单一生物膜的代谢动态（如呼吸活性、活性氧）。结果显示，软基质中生物膜在抗生素刺激下代谢活性显著升高。硬基质中生物膜呼吸活性无明显变化，但因超氧化物歧化酶活性较软基质中生物膜低38.8%，胞内ROS积累及胞外H₂O₂氧化电流升高。进一步结合转录组分析发现，基质刚度抑制细菌甘氨酸裂解系统（gcvTHP基因下调），添加甘氨酸可通过激活三羧酸循环使硬基质中生物膜的MBEC₅₀降低至原有剂量的56.4%，显著增强庆大霉素疗效。此外，通过基因敲除实验证实，EPS相关基因的缺失（ΔyjbE）导致硬基质中生物膜MBEC₅₀降低至原有剂量25.4%，且SECM监测显示其呼吸活性在抗生素加入后显著升高。本工作系统阐明了基质刚度通过抑制代谢活性与EPS屏障协同介导3D生物膜耐药性机制，为临床抗生素耐药性检测及治疗方案提供了新方法和新策略。

Link:  https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.analchem.4c05503