细菌生物膜

渗透限制学说认为， 生物膜内细菌分泌的胞外多聚物被膜所形 成的屏障,阻止了抗生素的穿入； 营养限制学说认为，生物膜内细菌，至少是部分细菌，由于受 到营养供给的限制处于缓慢生长或饥饿状态,这种状态的细菌对 抗生素不敏感，或者使对只杀伤处于分裂状态的细菌的抗生素 难以发挥作用。 表型推断学说认为，生物膜内细菌，至少某些细菌采用一种与 游走态细菌不同的有保护作用的生物膜表型，这种表型是细菌 附着在表面的一种生物学反应，细菌的一些新基因表达产物对 生物膜的抗药性起着关键作用。此外，在生物膜这种非常有利 的内环境中，可以加速遗传物质在细胞间的平行转移，可使某 些细菌获得耐药性、毒力因子和环境生存的能力，成为新的病 原菌。 由于细菌生物膜的信号传递系统对生物膜的形成和生物膜结构的 稳定起着关键性作用，该信号传递系统被认为是消灭细菌生物 膜最有希望的突破口。
1676 年Antony用自制的显微镜从牙菌斑中 观察到了细菌生物膜 的存在； 1978 年Costerton 首先开始了对细菌生物膜 的研究并提出生物膜理论。 90 年代后，随着相关学科的发展及对BF 细 菌在医学上重要性的认识,BF研究得到迅速 发展。 1990年，蒙大拿州立大学建立了世界上第一 个生物膜工程中心。






生物材料相关感染逐年上升，导尿管相关泌尿 系统感染发生率为92 %～93 % ,约占院内感染 的40 % ； 人类的许多慢性和难治性感染如慢性呼吸道感 染、慢性泌尿系统感染、骨髓炎、心内膜炎、 中耳炎、前列腺炎、牙周炎以及某些肾结石的 形成等大都与细菌生物膜有关； 据美国疾病预防与控制中心(CDC)专家估计, 65 %以上的人类细菌感染与生物膜有关。 Rontery 总结了生物医学材料与生物膜相关感 染的细菌,主要包括革兰氏阳性的肠球菌、葡 萄球菌、链球菌和革兰氏阴性的大肠埃希氏菌、 肺炎克雷伯氏菌、变形菌和铜绿假单胞菌等。
( bacterial biofilm)




细菌生物膜( bacterial biofilm) 也称生物膜，是 单一或多种细菌为适应自然环境而形成的微菌 落聚集物； 其主要成分为多糖蛋白复合物， 将细菌自身 包裹其中， 使细菌相互黏连产生特定结构的 细菌复合体，形如膜状并不可逆地附着于病灶 的表面或导管内； 这是细菌为适应环境维持自身生命所发生的形 态学的变化，从而增强了细菌对外环境的抵抗 力。 临床上许多顽固性、难治性感染均与形成细菌 生物膜有关。



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生物膜内环境是不一致的， 越接近基质， 氧浓度 和pH 值越低。 同种细菌生物膜内，细菌通过调整基因的表达来达 到最大限度地适应其生存的环境。 多菌混合型生物膜内，细菌除调整自身以适应所处 的生物膜微环境外，还要根据种间的共生关系调整 自身。 只有在生物膜表面的细菌才具有旺盛代谢活动，接 近基质的细菌处于缓慢生长或不生长状态。 在一个成熟的生物膜内，细胞很少发生分裂，大部 分能量用于合成胞外多糖。当细菌处于饥饿或其他 不利条件下，细菌能分泌胞外多糖水解酶，从生物 膜内游离出来，寻求更适宜的生存环境。 高丝氨酸内酯是已被证实了的在天然或培养条件下， 生物膜内细胞间的信号传递分子。

生物膜中水份含量可高达97 % ； 细菌； 细菌分泌的大分子多聚物； 细菌吸附的营养物质； 细菌代谢产物及细菌裂解产物等。 因此生物膜中存在各种主要的生物大分 子如蛋白质、多糖、DNA、RNA、肽 聚糖、脂和磷脂等物质。

首先，游动细菌接受环境中的营养信号，附着结构粘附 于表面； 附着于表面后，进行生长、分裂、繁殖； 同时其他游走细菌继续附着； 细菌启动胞间信号系统，产生胞间信号； 在胞间信号系统的调节下，细菌一边分泌胞外多糖，一 边从附着的表面轻轻移动，最后形成蘑菇样或柱样亚单 位，多个单位形成具有三维立体结构的成熟细菌生物膜。 当生物膜内环境不适应时，细菌可分泌胞外水解酶水解 胞外多糖，膜内细菌脱离( detached) 生物膜，成为游走 态细胞。 脱离生物膜的游走细胞继续粘附、生长、分裂、分化， 形成生物膜。 形成游走细胞—细菌生物膜—游走细胞—细菌生物膜的循环 往复。