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细菌感染性疾病是当今主要的公共卫生关注之一。近年来，由致病性大肠杆菌引起的疾病越来越普遍，对人们的生命健康造成了严重的威胁。尤其是泌尿系统感染(Urinary tract infections，UTIs)已经成为全球范围内严重的公共卫生问题。在我国，泌尿系统感染同样是一种常见多发病，尤其是细菌耐药性和高复发率愈发严重，导致部分危重病人肾衰竭与尿毒症的发生，危及生命。尿道致病性大肠杆菌（Uropathogenic Escherichia coli，UPEC）是引起UTIs的主要致病菌。UPEC引起UTIs的关键是致病菌在泌尿系统中的黏附作用与定殖能力。它们产生的各种菌毛能够帮助致病菌黏附泌尿系统组织细胞，进一步引发疾病感染。大肠杆菌1型菌毛作为一种重要的毒力因子，广泛存在于大肠杆菌与绝大多数肠杆菌表面，能够介导细菌和宿主细胞之间的相互作用，是细菌感染性疾病成功建立的第一步。 近年来，人们利用结构生物学方法对1型菌毛的结构及组装分泌的机理进行了一系列地研究。通过已经解析的多个晶体结构，为理解1型菌毛的结构与组装分泌的机理提供了一定的结构基础。然而，截至目前人们对1型菌毛的组装分泌机制和负责菌毛组装分泌的膜蛋白usher FimD的激活机理还不清楚。 利用X-射线衍射晶体学的方法，我们成功地解析了致病性大肠杆菌UPECCFT073（uropathogenic Escherichia coli CFT073）1型菌毛组装过程中的五元复合物FimD∶FimC∶FimF∶FimG∶FimH的晶体结构，揭示了在菌毛组装过程中菌毛尖端三个亚基FimF∶FimG∶FimH的结合方式和参与菌毛组装分泌的两个非菌毛组成分子（分子伴侣FimC和Usher FimD）在菌毛组装分泌过程中的作用。为进一步理解菌毛的组装提供了结构基础。接着我们又进一步采用单分子荧光共振能量转移(smFRET)方法，对apo-FimD的激活机制进行了动力学研究:从单分子水平揭示了FimD N端结构域(NTD)，C端结构域(CTD1+2)和Plug结构域在菌毛组装和分泌过程中的构象变化，发现了它们在apo-FimD与FimD被激活后处于完全不同的构象状态;smFRET研究还表明C端结构域(CTD1+2)对Plug结构域的构象变化有重要影响;结合光交联的方法，我们发现组成菌毛的第一个亚基FimH（黏性分子）对apo-FimD的激活具有关键性作用。通过这些研究，我们提出了FimD激活及参与菌毛亚基组装分泌的模型，为人们对大肠杆菌1型菌毛组装分泌机理的进一步认识提供理论基础。