细菌生物膜是由一群聚集或附着在表面的细胞组成的,这些细胞嵌入到自己产生的胞外聚合物(EPS)基质中,这种EPS含有胞外DNA(eDNA)、蛋白质、脂质、多糖、生物聚合物和二价阳离子,并提供了一种针对恶劣环境、抗微生物和宿主免疫效应物的保护屏障。
普遍来说,eDNA的结构是由两个成员的DNABII家族维持的,整合宿主因子(IHF)和组蛋白样蛋白(Hu)。eDNA结构在功能上类似于生物膜EPS内的Holliday连接(HJS),是生物膜基质稳定所必需的。b型DNA采用右旋低能构型,对核酸酶降解敏感,是生理条件下最常见的DNA构型。Z-DNA是最常见的具有核酸酶抗性的DNA构象。一篇发表于CELL的文章标题为“Z-form extracellular DNA is a structural componentof the bacterial biofilm matrix” 的研究表明,Z- DNA积累成熟的生物膜,并通过DNABII蛋白稳定生物膜,B-DNA向Z-DNA转变促进了生物膜成熟。
为了证明Z-DNA在生物膜中的存在,作者在生物膜初始形成阶段添加DNA酶(DNase),作者用三种人类病原体重述了这一现象:尿路致病性大肠杆菌(UPEC)、克雷伯肺炎杆菌(Kp)和非型流感嗜血杆菌(NTHI)。
在之前的研究中,作者发现eDNA是成熟生物膜中存在的,也是EPS结构的组成部分。双链DNA(dsDNA)容易被DNA酶降解,而DNA酶只是在较小程度上降解单链DNA(ssDNA),但不能降解Z-DNA。虽然ssDNA对淋病奈瑟菌膜形成的初始阶段很重要,但只有dsDNA对其生物膜结构很重要。这可能是由于抗核酸酶的DNA构象(如Z-DNA)。为了确定Z-DNA的存在,作者使用单克隆抗体(mAbs)进行了免疫荧光(IF)显微镜检查。