细菌生物被膜（细菌生物被膜）

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更新时间：2023-05-19
细菌生物被膜
细菌生物被膜（或称细菌生物膜Bacterial biofilm，BF），根据《Annu Rev Microbiol》等权威期刊所归纳发表的定义，生物薄膜是指细菌粘附于接触表面，分泌多糖基质、纤维蛋白、脂质蛋白等，将其自身包绕其中而形成的大量细菌聚集膜样物。多糖基质通常是指多糖蛋白复合物，也包括由周边沉淀的有机物和无机物等。
基本信息
外文名
Bacterial biofilm
定义
除了水和细菌外，生物被膜还可含有细菌分泌的大分子多聚物、吸附的营养物质和代谢产物及细菌裂解产物等，大分子多聚物如蛋白质、多糖、D N A、R N A、肽聚糖、脂和磷脂等物质。
是细菌为适应自然环境有利于生存的一种生命现象，由微生物及其分泌物积聚而形成。
形成原理
在特定的条件下，细菌可以形成生物被膜，包被有生物被膜的细菌称为被膜菌。被膜菌无论其形态结构、生理生化特性、致病性还是对环境因子的敏感性等都与浮游细菌有显著的不同，尤其对抗生素和宿主免疫系统具有很强的抵抗力，从而导致严重的临床问题，引起许多慢性和难治性感染疾病的反复发作。细菌生物被膜粘附在各种医疗器械及导管上极难清除，以至引发大量的医源性感染。
耐药机制
被膜菌的耐药机制是多方面的，并且因微生物个体的不同，其机制也不尽相同。目前关于细菌生物被膜的耐药机制研究比较认同于以下3个解释。
(1)营养限制学说
营养限制学说，即被膜菌生长速度减慢、生物被膜内营养物质、氧气的消耗以及代谢废物的聚集都可促使细菌进入一种非生长状态，也称为饥饿状态。这种状态下的细菌对抑制其生长的抗生素几乎完全不敏感。但是也有研究表明，在控制微生物生长速度时，处于相同生长速度的被膜菌株和浮游菌株，耐药性仍然有较大的差别，因此单独用被膜菌的生长速度来解释其耐药性，显然还不能得到满意的结论。
(2)抗生素渗透障碍学说
抗生素渗透障碍学说，细菌生物被膜一个很明显的特征就是细菌密度高，细菌之间的空间狭小，并能合成数量和成分与浮游细菌差别很大的胞外基质。不溶于水的胞外多糖是其中的主要成分，构成被膜菌生长的外环境，其三维生物被膜结构能够对被膜菌形成有效的保护。生物被膜中大量的胞外基质以及菌株之间的狭小空间，成为阻碍抗生素穿透生物被膜的一道屏障。在这种状态下，抗生素只能杀灭生物被膜表面的浮游细菌，而不能充分渗透到深部细菌以形成有效的浓度。这些细菌形成菌囊样结构，成为慢性感染的重要原因。
(3)被膜菌独特的表型结构学说
被膜菌独特的表型结构学说，在生物被膜形成菌中，研究最为深入的是铜绿假单胞菌。铜绿假单胞菌独特的生物学特性，与其生物被膜形成及高耐药性密切相关。在铜绿假单胞菌生物被膜形成过程中，细胞间信号传导系统(LasR~LasI信号系统) 起关键作用，该系统主要参与细菌生物被膜的分化，细菌密度感应系统是细菌通过监测其群体的细胞密度来调节其特定的基因表达，以保证生物被膜中营养物质的运输和废物的排出，避免细菌过度生长而造成空间和营养物质缺乏。酰化高丝氨酸内酯(acyl-homoserine lactone,AHL)已被证实为生物被膜内细胞间主要的信号传递分子。通过体外研究发现，细菌群体感应系统健全的细菌能够产生有效抗菌的生物被膜；而群体感应系统缺陷的细菌，则不能产生完全的生物被膜，如果在群体感应系统缺陷的细菌中加入AHL，则细菌就又恢复了产生完整生物被膜的能力。如果在群体感应系统健全的细菌中加入群体感应拮抗剂，则形成结构稀松的不完整的生物被膜。
生物学意义
生物被膜是细菌的一种具有保护性的生长模式，具有结构和代谢复杂性。