宿主細胞在傷口愈合🤘🏽、細胞遷移和腫瘤形成等諸多生理病理過程中普遍受到空間幾何約束的限製。近年來的研究表明空間幾何約束等物理力學微環境對細菌和宿主細胞的功能和行為起著至關重要的調控作用。然而，空間幾何約束如何調節細菌與宿主細胞間的界面力學相互作用仍不明晰⛹🏿‍♀️。

近日🌾，意昂3体育官网工學院黃建永研究員課題組在Nature Communications雜誌在線發表了題為 “Geometric constraint-triggered collagen expression mediates bacterial-host adhesion” 的研究論文。該文聚焦細菌與宿主細胞界面力學相互作用，基於單細胞力譜技術定量表征了細菌與宿主細胞間的特異性粘附力，建立了細菌與宿主細胞單層相互作用的力-化學耦合模型，從力學生物學視角揭示了空間幾何約束誘導細菌與宿主細胞異質性粘附的時空動態規律，在此基礎上借助細胞測序技術識別了IV型膠原在其中的關鍵調控作用💆🏿，為臨床上改善細菌抗生素治療方案提供了新的思路。

細菌-宿主細胞的界面力學相互作用

該工作首先構建了基於細菌與宿主細胞單層相互作用的體外感染模型🖊👨🏿，探究了細菌與空間幾何約束細胞之間的異質性粘附現象🫷🏼，基於單細胞力譜技術的表征結果顯示圖案化細胞單層邊緣的細菌粘附力高達~75 nN，近似是細胞單層中心位置處粘附力的3倍🧎🏻，進一步通過力-化學耦合模型分析和細胞RNA測序揭示了空間幾何約束觸發宿主細胞單層中IV型膠原蛋白的表達是主導細菌-宿主細胞界面異質性粘附形成的內在原因。在此基礎上💁🏿‍♀️，課題組發現膠原抑製劑可有效降低細菌-宿主細胞間的特異性粘附力🤹🏽‍♀️🔤，進而顯著抑製細菌的界面粘附和入侵。上述工作不僅闡明了空間幾何約束微環境調控細菌-細胞界面粘附的力學生物學機製，也為抗生素輔劑的篩選和臨床上改善細菌抗生素治療方案提供了可借鑒的思路和策略💭。

黃建永為通訊作者，博士生馮宇婷為該論文的第一作者，博士生王舒怡和博士後劉曉曄（現為北京農學院副教授）等分別在數值仿真分析和感染模型構建等方面作出了重要貢獻🌰，上述工作也得到了意昂3体育官网生命科學學院覃思穎老師👩‍👩‍👧‍👧、中國科學院遺傳與發育生物學研究所何康敏研究員的支持和幫助🎋。該研究得到北京市自然科學基金重點項目、國家重點研發計劃項目和國家自然科學基金面上項目的支持。