[论文解读] Studies of protein adsorption on implant materials in relation to biofilm formation I. Activity of Pseudomonas aeruginosa on Polypropylene and High density Polyethylene in presence of serum albumin

Sarmita Sinha, Susmita Chatterjee+3 more|arXiv (Cornell University)|Nov 19, 2014

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一句话总结

本研究探讨了牛血清白蛋白（BSA）在聚丙烯（PP）和高密度聚乙烯（HDPE）表面的吸附如何影响铜绿假单胞菌（*Pseudomonas aeruginosa*）生物膜的形成。研究结果表明，随着时间推移和浓度增加，BSA吸附量的提升会增强生物膜基质的生成，且胞外多糖（EPS）的组成直接取决于吸附蛋白的量，揭示了早期蛋白层形成与后续细菌在植入材料上定植之间存在关键关联。

ABSTRACT

The surface of biomaterials used as implants are highly susceptible to bacterial colonization and subsequent infection. The amount of protein adsorption on biomaterials, among other factors, can affect the nature and quality of biofilms formed on them. The variation in the adsorption time of the protein on the biomaterial surface produces a phenotypic change in the bacteria by alteration of the production of EPS (exoplysaccharide) matrix. Knowledge of the effects of protein adsorption on implant infection will be very useful in understanding the chemistry of the biomaterial surfaces, which can deter the formation of biofilms. It is observed that the adsorption of BSA on the biomaterial surfaces increases with time and concentration, irrespective of their type and the nature of the EPS matrix of the bacterial biofilm is dependent on the amount of protein adsorbed on the biomaterial surface. The adsorption of protein (BSA) on the biomaterials, polypropylene (PP) and high density polyethylene (HDPE) has been studied and the formation of the biofilms of Pseudomonas aeruginosa on them has been examined.

研究动机与目标

• 了解植入材料上蛋白质吸附如何影响细菌生物膜的形成。
• 研究血清白蛋白（BSA）在聚丙烯（PP）和高密度聚乙烯（HDPE）上对铜绿假单胞菌表型行为的调节作用。
• 确定吸附时间与BSA浓度如何影响生物膜中胞外多糖（EPS）基质的结构与组成。
• 建立蛋白质层形成与生物材料表面后续生物膜发育之间的定量关系。

提出的方法

• 测量了牛血清白蛋白（BSA）在聚丙烯（PP）和高密度聚乙烯（HDPE）表面于不同浓度和时间间隔下的吸附情况。
• 在受控条件下评估了铜绿假单胞菌在BSA包覆的PP和HDPE表面的生物膜形成情况。
• 分析了生物膜中胞外多糖（EPS）基质的组成与吸附BSA量之间的关系。
• 通过标准光谱法或比色法测定表面蛋白质吸附量（由实验背景推断）。
• 通过生物膜的形态学与生化分析，评估了BSA层厚度或密度对细菌表型变化的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 BSA吸附的浓度与持续时间如何影响PP和HDPE表面的蛋白质层形成？
• RQ2 吸附BSA的量如何影响铜绿假单胞菌生物膜中胞外多糖（EPS）基质的生成与组成？
• RQ3 BSA包覆的生物材料表面的物理化学性质与后续细菌定植之间存在何种关系？
• RQ4 生物材料类型（PP与HDPE）是否会改变铜绿假单胞菌对预先吸附BSA的响应？

主要发现

• 在PP和HDPE上，BSA吸附量随时间和浓度的增加而增加，表明该吸附过程具有浓度与时间依赖性。
• 吸附BSA的量直接影响铜绿假单胞菌生物膜中胞外多糖（EPS）基质的结构与组成。
• 由于生物材料表面BSA层的变化，观察到铜绿假单胞菌的表型发生改变，包括EPS生成的改变。
• 生物膜中EPS基质的性质取决于吸附蛋白的量，表明蛋白质层形成与生物膜发育之间存在因果关系。
• 在相同条件下，未报告PP与HDPE之间BSA吸附行为存在显著差异，表明两者具有相似的蛋白质-表面相互作用。