一项由加州理工学院的Dianne Newman教授团队与日本国立材料科学研究所的Akihiro Okamoto团队合作完成的研究，开发了一种基于实验室的高通量技术，用于研究微型液体悬浮液中生物膜核心的代谢状态。这项研究的成果发表在2024年10月23日的《Cell》期刊上，题为“Mechanistic study of a low-power bacterial maintenance state using high-throughput electrochemistry”。

 

研究团队利用了一种新颖的96通道恒电位仪，该设备能够通过微小电极测量每个液孔的功率输出，从而研究铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）在低能量代谢状态下的生存机制。铜绿假单胞菌是一种重要的医院获得性病原体，能够引起多种急性和慢性感染。

 

Newman实验室长期致力于研究铜绿假单胞菌，尤其是在缺氧环境下，这种细菌利用酚嗪（phenazines）来促进代谢。由于生物膜内部通常缺乏氧气，酚嗪成为了细菌生存的关键途径，并且可能是开发治疗性药物的潜在靶标。

 

Okamoto实验室专注于微生物电化学的研究，并开发了最初的96通道恒电位仪来研究模式生物奥奈达希瓦氏菌（Shewanella oneidensis）。通过与Newman实验室的合作，Okamoto意识到这种仪器在生物医学领域的潜在应用价值。

 

利用新开发的96通道恒电位仪，研究团队得以详细研究铜绿假单胞菌在低能量状态下的代谢机制。他们通过比较不同条件和基因突变体下的细菌，发现那些编码整合发酵和呼吸途径的基因对于细菌维持低能量停滞状态至关重要；若缺乏这些基因，细菌会更快死亡。

 

这一新技术不仅能够应用于研究铜绿假单胞菌，还能够扩展到其他多种菌株和条件下。Newman指出，这是首次能够在细胞代谢活跃但不增长的情况下，直接、高通量地测量代谢功率输出。这项技术为理解维持代谢的基本机制提供了前所未有的机会，并且有助于识别新的药物靶点，以对抗难以治疗的感染。

 

这项研究为理解细菌在极端环境下的生存策略提供了新的工具，同时也为开发针对难治性感染的新疗法开辟了道路。