随着载人航天飞行任务的增多,人类踏足外太空环境频率增加,各类微生物或病原体也会随着宇航员机体和各类航天器材设备进入外太空环境。太空特殊的极端环境因素（微重力、辐射、昼夜节律、温差等）引发的微生物生物学性状改变,对宇航员健康和航天器寿命造成威胁。由于太空搭载资源的稀缺,限制了某些空间实验结果的重复观察与验证。目前很多研究在地面模拟微重力环境进行微生物的培养及相关分析。地面模拟微重力的实验条件能在一定程度上模拟太空环境下的微生物效应。在搭载间隙使用低剪切力模拟微重力方法进行系统分析,用于空间搭载菌重要生物学特性验证或预实验是十分必要的。鼠疫耶尔森氏菌（Yersinia pestis）是一种烈性病原体,可引发腺鼠疫、肺鼠疫和败血型鼠疫。在自然界中,以跳蚤为主要传播媒介,在野生啮齿动物间传播,偶尔人类被感染鼠疫杆菌的跳蚤叮咬或接触食用罹患鼠疫的动物时,引起人间鼠疫的发生。鼠疫菌在跳蚤前胃中附着形成生物膜,大量的生物膜生成可以堵塞跳蚤的前胃促使其不断叮咬宿主,而生物被膜中的鼠疫杆菌也会随着血液反流回宿主体内,这就促进了鼠疫杆菌的传播。本世纪初世界卫生组织将鼠疫列为重新流行的传染病之一,我国也将鼠疫列为甲类传染病,是重要的传统生物战剂。本文借助旋转细胞培养系统（RCCS）和与其配套的高截面比培养皿模拟微重力条件,使用菌株田鼠型鼠疫菌野生型201菌株,通过RCCS的水平和垂直放置,分别模拟正常重力（NG）条件和模拟微重力（SMG）条件,观察鼠疫菌在NG和SMG条件中生物学特性改变。比较两种条件下菌体形态、体外胁迫环境耐受性、巨噬细胞胞内生存实验、生物膜形成能力、细胞毒性实验、小鼠毒力测定。在此基础上,通过高通量的基因组测序、转录组测序和蛋白质定量分析等技术探究相关表型变化可能的分子基础。结果发现,NG和SMG条件下鼠疫菌菌体形态、体外应激耐受以及巨噬细胞胞内存活能力均未发生明显变化。与NG组相比,SMG组鼠疫菌侵染上皮细胞毒性减弱、小鼠致病性明显减弱,生物被膜成膜能力增强。RNA-seq转录组测序结果显示:相对于NG组,SMG组鼠疫杆菌有218个基因发生显著的差异性表达,其中91个基因表达上调,127个基因表达下调。在表达下调的基因中,毒力相关基因普遍表达下调,如编码III型分泌系统基因（如:yop H,yop E,ysc W,ysc A,ysc B,lcr H）、与铁代谢相关的基因（如fyu A,irp和ybt cluster）、编码荚膜抗原的caf 1基因及其相关基因caf1M、caf1A,以及编码纤溶酶原激活蛋白酶的pla基因。其他与感染、分泌系统、二元调控系统等毒力功能相关的通路,也发生了表达下调。qRT-PCR验证结果与RNA-seq结果趋势一致。这就说提示模拟微重力条件可能通过诱导鼠疫菌毒力相关基因普遍表达下调来减弱其毒力效应。蛋白质组学定量分析结果显示,相对于NG组,SMG组鼠疫菌有213个蛋白发生显著性差异表达,其中95个蛋白表达上调,118个蛋白表达下调。与RNAseq和qRT-PCR结果一致,yop E、ysc C、caf1M、caf1、pla等基因编码的蛋白质表达水平下降,udp、psa A等基因编码的蛋白质表达水平上调,进一步验证上述SMG条件下鼠疫菌毒力表型的分子基础。尽管鼠疫菌在SMG环境下生物膜形成能力增强,转录组和蛋白质组分析中却未发现鼠疫杆菌生物膜相关基因（hms T、hms P、fur、rcs A、rcs B、yba C、yba D、rov M）的表达调节。本文发现了SMG条件下鼠疫菌重要生物学特性——毒力和生物膜——的改变,并试图寻找相应表型的分子基础。尽管暂时没有找到SMG条件下鼠疫菌生物膜形成能力增强的分子证据,为空间环境下烈性病原菌的研究提供了基础资料和方法借鉴,为鼠疫菌生理和致病机制的研究提供了新的思路和途径。