研究方向
01
表面附着微生物的空间组装与功能涌现
我们聚焦于微生物在固液界面上的空间自组织与功能涌现机制，关注微生物间的互作过程（包括竞争、合作与信号交流）以及环境因素（如营养梯度、剪切力、表面性质等）如何共同塑造群落的空间结构与多样性维持。通过共聚焦与多通道荧光显微成像、时空动态追踪以及高分辨率图像定量分析，我们系统揭示微生物群落在界面环境中的空间组装规律与结构演化特征，从而理解其在稳态维持与生态功能表达中的关键驱动力。
这一研究方向旨在阐明微生态系统从个体行为到群落功能的空间关联机制，不仅有助于解释自然界中生物膜与表面群落的结构多样性与生态韧性，还为人工界面微生态的定向设计、膜污染的生态防控以及抗性基因在表面环境中的传播管理提供新的理论框架与科学依据。
02
从噬菌体治疗到噬菌体生态调控
我们以噬菌体的生态角色与分子机制为核心，从传统的“噬菌体治疗”理念拓展至“噬菌体生态调控”框架，关注噬菌体在多物种微生物群落中的生态位分布、宿主特异性与系统性影响。研究目标是利用裂解性噬菌体对抗病原菌，同时探索其在生态层面的调节潜力。通过构建携带功能模块的工程噬菌体（如抗菌肽、代谢效应子或基因调控元件），并结合群落尺度的系统测定（群落结构、生物膜力学特性、宿主–噬菌体互作网络）与分子层面的精细读出（转录组响应、受体识别与感染机制），我们致力于揭示噬菌体在抗性基因传播控制、生态稳态重塑与环境防控中的多层次作用模式。该研究方向旨在从生态学与分子生物学两个维度重新定义噬菌体的功能属性，将其从单一的“抗菌工具”提升为可编程的微生态调控因子。这一研究不仅为新型抗菌策略的开发和环境友好型生物防控技术提供了新的理论支点与工程思路，也为建立可持续的抗性治理体系开辟了全 新的研究路径。
03
微生物群落的仿真模拟
我们以 individual-based model（个体基础模型，IBM） 为核心方法，构建一个可扩展的“微生物元宇宙”——一个在计算机中重建微生物群落时空演化的虚拟生态系统。在微观层面，IBM 捕捉单个微生物的行为与相互作用，如竞争、合作、趋化与信号传播；在宏观层面，它揭示这些局部规则如何汇聚成群落的空间结构、动态稳态与功能涌现。通过引入元宇宙概念，我们希望建立一个多主体、可视化、可交互的仿真环境，使研究者能够“进入”微生物世界，实时观察群落动态、测试假设并预测系统响应。这一方向为理解微生物群落复杂行为提供了定量化与可预测的工具，也为实验研究提供了假设验证与参数优化的计算框架。从长远看，微生物元宇宙的构建将成为连接理论、实验与工程的数字桥梁，为抗性传播风险评估、噬菌体投放策略优化以及人工微生态系统设计提供新的理论支点与技术平台。