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体内生物膜研究进展_李纪兵

体内生物膜研究进展_李纪兵
体内生物膜研究进展_李纪兵

体内生物膜研究进展

李纪兵,陆春*

(广州中山大学附属第三医院皮肤性病科,广东广州510630)

摘要生物膜是指由黏附于生命体或非生命体表面的微生物和其胞外聚合物所构成的复杂、多维的空间结构,在自然界中普遍存在。微生物在人类体内许多部位均可形成生物膜结构,如肺、心脏瓣膜、泌尿生殖道、肝胆系统、耳、鼻、皮肤等。越来越多的感染性疾病患者或动物模型体内均可检测出生物膜,如囊性纤维化肺炎、慢性中耳炎、细菌性心内膜炎、皮肤外伤后慢性感染、慢性鼻窦炎等。生物膜的形成与感染性疾病的关系及其在疾病的发生、发展、转归过程中的作用成为近年来研究的热点。目前体内生物膜检测技术主要有扫描电镜、激光共聚焦显微镜、荧光原位杂交技术等。就临床常见感染性疾病与生物膜的关系及体内生物膜检测方法展开综述。

关键词生物膜;感染性疾病;综述

中图分类号R37文献标识码A文章编号1005-7021(2012)05-0083-05

Advanced in Bio-Membrane in vivo

LI Ji-bing,LU Chun

(Dept.of Dermatology&VD,3rd Affil.Hosp.of Zhongshan Uni.,Guangzhou510630)

Abstract Bio-membrane(BM)is referred to a complicated,three-dimensional special structure which composed of polymer that adheres to the surface of life body and/or non-life body of microbes and their extracellular,it universally exists in nature.Microbes could form membrane in many parts of human body,such as lung,heart valves,urogenital ducts,liver and gall system,ears,noses,and skin etc.BM could be detected from more and more bodies of infec-tious patients and/or animal models,such as cysto-fiberized pneumonia,chronical tympanitis;bacterial endocarditis,post-injury chronical infection of skin,chronical nasosinusitis etc.Relationship of the formation of BM and the occur-rence,development,and the role in the transformation process of the infectious diseases had become an attraction of research in recent years.Meanwhile,the BM detection technique mainly is:scanning electronic microscope,laser co-focusing microscope,fluorescence hybridization technique in situ etc.In this paper,a summarization of the relation-ship of common infectious diseases and BM detection method in vivo was developed.

Keywords bio-membrane(BM);infectious diseases;summarization

生物膜(Biofilm,BF)是指微生物在生长过程中附着于物体表面而形成的由微生物的细胞及其分泌的聚合物(Extracellular polymeric sub-stances,EPS)所组成的多细胞复合体[1]。绝大多数微生物在适宜条件下均可形成生物膜,大幅提高了微生物对外界环境的抵御能力。据报道,超过60%的人类感染性疾病与生物膜形成相关[2]。在医疗领域,生物膜的形成不仅增强了微生物对宿主自身免疫的耐受,同时大大降低了微生物对药物的敏感性,是临床上难治性感染的重要原因之一。生物膜可在大多数置入性生物医疗器械的材料表面检出,如中心静脉导管、导尿管、人工心脏瓣膜、骨关节假体等。在囊性纤维化肺炎、细菌性心内膜炎、慢性中耳炎、皮肤外伤后慢性

作者简介:李纪兵男,硕士研究生。研究方向为皮肤病与性病学。Tel:020-********,E-mail:dabin4521170@126.com *通讯作者。男,教授,主任医师,博士生导师。研究方向为性病学。Tel:020-********,E-mail:pifuke@126.com

收稿日期:2012-08-16;修回日期:2012-08-3138

微生物学杂志2012年9月第32卷第5期JOURNAL OF MICROBIOLOGY Sept.2012Vol.32No.5

感染、慢性前列腺炎、慢性鼻窦炎等疾病患者或动物模型体内亦可检测到生物膜的存在[3]。生物膜问题成为世界性难题,目前对体外生物膜的研究工作开展较多,体内生物膜研究涉及尚少,近年来受到了越来越多的关注。本文就体内生物膜研究进展综述如下。

1生物膜与疾病的相关性研究

人们最早在人体置入性生物材料表面发现生物膜的存在,后逐渐发现在人体组织中也存在,并和诸多感染性疾病存在着密切的联系。发现较早、证据较充足的生物膜相关性疾病有感染性肾结石、细菌性心内膜炎、囊性纤维化、牙周炎等。研究发现[4]感染性肾结石中,生物膜的形成不仅可引起细菌对抗菌药的敏感性降低,还可产生一些结石的组成成分(NH4),此外还通过升高pH 值及提供结晶巢的方式参与其致病过程。细菌性心内膜炎瓣膜中,生物膜的形成可引起瓣膜功能障碍、感染复发、长期慢性炎症反应、播散至其余身体部位及栓塞等,从而参与细菌性心内膜炎的致病过程。近年来在中耳炎、皮肤外伤后慢性感染、慢性泌尿生殖道感染、慢性鼻窦炎、骨髓炎、慢性扁桃体炎、眼部感染等疾病患者体内或动物模型体内相继检测出生物膜的存在。

1.1生物膜与中耳炎的关系

中耳炎是临床常见的感染性疾病之一,在儿童中呈现较高的发病率,具有治疗困难、反复发作等临床特点。J.Christopher Post[5]在2001年首次找到了生物膜能够直接在动物中耳黏膜上形成的证据:通过构建流感嗜血杆菌感染引起的渗出性中耳炎动物模型,6d后留取中耳黏膜样本,制片后扫描电子显微镜(scanning electron micro-scope,SEM)下能够观察到生物膜,证实了南美洲栗鼠中耳黏膜上能够直接形成生物膜。通过对渗出性中耳炎患儿鼓室置管后,对材料表面进行激光共聚焦显微镜(confocal laser scanning micro-scope,CLSM)和扫描电镜(SEM)观察,亦可观察到类似的生物膜结构。此外,他们还通过不同时间段(3、6、12、24、48、96h)留取样本的方法进一步探索了体内生物膜形成的过程和规律。结果显示,接种后3h细菌就开始在黏膜表面大量繁殖,24h后更多细菌繁殖,但明显的胞外聚合物尚未形成,48h则可观察到稠密的胞外聚合物形成,部分细菌被包绕其中,96h胞外基质进一步增厚,成熟生物膜形成。Post用生物膜理论恰当地解释了渗出性中耳炎的临床现象,并推测生物膜的形成在渗出性中耳炎及其常见并发症鼓膜置管术后耳漏症的发病机制中占主导地位。Hall-Stoodley[6]在2006年通过对50例渗出性中耳炎患儿中耳黏膜样本制片后进行激光共聚焦显微镜检测,高达46例(92%)患儿中耳黏膜样本可观察到生物膜结构,对照组则呈现阴性,证实了中耳炎患者(包括渗出性中耳炎和复发性中耳炎)中耳黏膜上能够形成生物膜,并指出生物膜的形成有助于致病菌对机体免疫和抗菌药的抵抗作用,从而在中耳炎发病过程中发挥重要作用。Hou W[7]在2012年用铜绿假单胞菌成功构建大鼠慢性中耳炎动物模型,通过对中耳样本的SEM和CLSM观察,结果表明:在接种感染1 5d,细菌处于黏附和增殖状态,接种后第6天三维生物膜结构开始形成,接种后10d生物膜基本成熟。研究还发现,中耳炎的炎症严重程度与生物膜的形成、成熟密切相关,提示生物膜的形成可能在中耳炎致病过程中占据着非常重要的地位。

1.2生物膜与创伤后皮肤慢性感染的关系部分患者皮肤创伤后为什么难以愈合一直是人们长期追问和探索的问题。近年来,生物膜的形成在皮肤创口愈合的作用及机制引起了人们密切的关注。2008年Davis S C[8]首次找到了创伤后皮肤感染黏膜上能够直接形成生物膜的证据:该课题组先在雌猪背部脊柱旁线区域皮肤用电角膜刀人工造成大约10mm?7mm?0.3mm的伤口,随后用适当浓度的金黄色葡萄球菌接种于伤口,覆盖一层聚亚安酯膜以利于生物膜形成,48h 后留取组织、切片、制片后送检电子扫描显微镜(SEM)和电子显微镜(electron microscope,EM)。结果显示:扫描电镜和电子显微镜创伤皮肤河床处均能观察到由金黄色葡萄球菌及其胞外聚合物形成的生物膜结构,证实了创伤后皮肤感染黏膜能够直接形成生物膜结构。Wolcott R D[9]在同年提出:创伤后皮肤慢性感染中生物膜一方面“胁迫”宿主产生维持细菌持续存活的营养,另一方面分泌一些因子减弱宿主的反应以避免被机体清除。2009年Schierle C F[10]在小鼠背部皮肤上成

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功构建了真皮创伤后金黄色葡萄球菌感染生物膜形成的动物模型,通过比较感染组、控制组以及生物膜抑制剂组皮损再生速度以及病理切片观察结果,首次证实了生物膜的形成延缓了伤口皮肤上皮细胞的再生,从而延迟了伤口的愈合。Dalton T[11]在2011年用类似方法成功构建了混合菌(包含了铜绿假单胞菌、粪肠球菌、大芬戈尔德菌、金黄色葡萄球菌)感染的创伤后皮肤慢性感染动物模型,研究发现混合菌感染后形成的生物膜在延迟皮肤愈合效能和对抗菌药耐药性两方面均强于单一细菌感染所形成的生物膜,旁证了生物膜极有可能参与了创伤后皮肤慢性感染致病过程,其具体机制尚有待进一步深入探讨。

1.3生物膜与细菌性阴道炎的关系

细菌性阴道炎是一种女性常见的感染性疾病,其主要致病菌为加德纳菌,多混合有其他多种病原微生物的感染,具有不易治愈、容易复发的临床特点。2005年Swidsinski[12]采用荧光原位杂交技术(fluorescence in situ Hybridization,FISH)结合电子显微镜技术,在90%的细菌性阴道炎患者和10%的非细菌性阴道炎患者阴道内检测出生物膜结构,首次证实了阴道黏膜能够直接形成生物膜,证实了生物膜形成与细菌性阴道炎的相关性。加德纳菌在该生物膜中占明显的优势地位,细菌增殖明显,但也含有其他种类的细菌,如奇异变形杆菌、葡萄球菌、乳酸杆菌等,并在2008年进一步评估了常用药物甲硝唑的疗效以及对生物膜的影响[13]。结果显示甲硝唑能够暂时抑制生物膜的活性,改善临床症状,但一旦停止治疗,生物膜的活性及结构将恢复,并可再次被检出。在对莫西沙星的研究[14]中得出类似于甲硝唑的结果,Swidsinski由此推测生物膜的形成可能是细菌性阴道炎容易复发的一个重要原因。

1.4生物膜与白色念珠菌性阴道病的关系阴道白色念珠菌病是目前女性另一种常见的感染性疾病,其致病菌白色念珠菌可在体内置入性生物材料表面形成生物膜。近年来,其体内形成生物膜的研究取得一些进展。2009年Dongari-Bagtzoglou[15]发现用免疫抑制小鼠构建口腔白色念珠菌病动物模型后,在小鼠口腔黏膜上能够检测到白色念珠菌形成的生物膜。2010年Harri-ott[16]首次证实了白色念珠菌能够直接在免疫功能正常的小鼠阴道黏膜上形成生物膜。该课题组通过成功构建小鼠白色念珠菌阴道炎动物模型,留取阴道标本,制片后送检扫描电镜检测(SEM)及聚焦显微镜(confocal microscopy,CM)。结果显示阴道白色念珠菌培养结果阳性,通过SEM和CM均能观察到与体外形成的生物膜类似结构的生物膜:酵母相、菌丝相白色念珠菌和包绕其周围的胞外聚合物形成的复杂网状的多维结构。该课题组通过在不同时间点取材(8、24、48、72h),初步探索了阴道内白色念珠菌生物膜形成的规律。结果显示体内生物膜形成大致可分为3个阶段:接种后8h仅可见少量或者无EPS结构形成,24 h可见初步的EPS结构,48h明显增厚,72h生物膜结构成熟。此外,该课题组还证实了调节因子EFG1和BCR1在生物膜形成过程中不可或缺的地位,调节因子缺陷鼠体内和体外均不能形成有效的生物膜结构。该课题组推测,生物膜的形成可能参与了阴道白色念珠菌病的致病过程,但其具体的机制、生物膜的形成与感染真菌浓度的关系、阴道内其他细菌和白色念珠菌生物膜的关系等尚不清楚,有待进一步研究。

1.5生物膜与其他慢性感染性疾病的关系此外,随着检测技术的发展,近年来人们在越来越多的感染性疾病患者或者动物模型体内发现生物膜结构的存在。2005年Ramadan HH[17]对慢性鼻炎、鼻窦炎患者组织样本进行适当处理、制片后扫描电镜(SEM)下观察,发现5例(100%)患者组织样本均能观察到生物膜结构。Ha KR[18]则在2007年成功构建了绵羊金黄色葡萄球菌引起慢性鼻窦炎的动物模型,86%的组织样本SEM和CLSM检测均能观察到生物膜结构,揭示生物膜形成和慢性鼻窦炎相关。You HH[19]在2011年对慢性鼻窦炎患者进行随访分析,发现71%(49/69)的病人扫描电镜下能够发现细菌形成的生物膜,伴随着黏膜上皮细胞和纤毛的损害。同时,对生物膜阳性和阴性组病人进行Lund-Kennedy评分发现,生物膜阳性组评分明显高于阴性组,提示生物膜的形成与疾病致病性、严重程度、预后密切相关。生物膜形成与慢性扁桃体炎的关系尚不清楚,但Kania RE[20]在2007年对24名慢性扁桃体患者的扁桃体组织进行SEM检测,发现17例(70.8%)患者组织上可观察到生物膜

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5期李纪兵等:体内生物膜研究进展

结构,但因缺乏对照组,尚不能得出慢性扁桃体和生物膜形成相关的结论。Mukherjee PK[21]在2012年成功构建了小鼠角膜炎生物膜的动物模型,证实了角膜炎常见致病菌镰刀菌能够直接在角膜形成生物膜。越来越多的证据表明,生物膜的形成与许多感染性疾病存在着密切的联系,生物膜参与疾病的机制、生物膜和机体免疫的相互作用等方面的研究对于预防、治疗感染性疾病具有非常重要的意义。

2体内生物膜检测方法的研究

生物膜是由微生物及胞外聚合物构成的三维复杂结构,胞外聚合物成分复杂,包括多糖、蛋白、核酸、磷脂等。近年来,体内生物膜检测技术发展较快,目前应用较为广泛的有扫描电子显微镜、激光共聚焦显微镜、荧光原位杂交技术等。

2.1扫描电镜、激光共聚焦显微镜在生物膜检测中的应用

扫描电镜(SEM)[22]较早地应用于生物膜的检测,可对超微结构进行观察,缺点是需要真空的环境及严格的脱水制片过程,容易造成样本的破坏及形成图像的假象,只能观察到目标图像的大致形态。而激光共聚焦显微镜很好地克服了上述缺点,不需要样品固定及包埋技术,能够第一时间观察到新鲜、原生态的样本,真实反应出样本的性质。此外,通过对样本不同层面、不同时间的扫描,结合相应的软件技术,可重现出样本的三维结构和动态变化过程。因此,激光共聚焦显微镜技术(CLSM)[23]是一种原位、立体、动态的生物膜检测技术。结合适当的荧光染料技术观察样本,效果更佳。如FDA(二乙酸)、CAM(钙黄绿素)等染料可结合于活体细菌,紫外线激发后产生绿色荧光,用于检测活菌数量。PI(碘化丙啶)、EB(溴化乙锭)染料则不能穿透细胞膜结构,只能与死菌结合,紫外线激发后产生红色荧光。FDA/PI染料混合使用能够用来检测活/死菌相对数量。还有一些染色胞外聚合物的荧光染料[24],如标记α-聚糖的FITC-ConA(刀豆蛋白A)染料、标记β-多糖的Calcofluor(卡尔科弗卢尔)染料、标记蛋白的异硫氰酸荧光染料等。特异性荧光染料的开发、应用对生物膜研究意义重大。

2.2荧光原位杂交技术在生物膜检测中的应用

此外,荧光原位杂交技术(FISH)近年来发展迅速,其结合荧光显微镜技术被引入到生物膜研究中,显示出良好、广阔的应用前景。荧光原位杂交技术[25]是指利用荧光标记的特异性核酸探针与细胞内相应的靶DNA分子或RNA分子杂交,结合CLSM观察荧光信号来了解微生物膜的形态、结构、与细菌的关系等。Wunder A[26]在2007年利用FISH技术对牙周原位菌斑中的几种细菌同时染色,在CLSM下观察生物膜中标记的不同细菌的动态变化。Yang L[27]在2008年应用FISH 结合CLSM技术对囊性纤维化病人痰液进行检测,发现粘液性铜绿假单胞菌感染可观察到生物膜结构,非粘液性则未观察到。2010年Swidsins-ki[28]采用荧光原位杂交技术结合荧光显微镜技术对尿液样本进行分析,发现所有的细菌性阴道炎患者及性伙伴样本中加德纳菌黏附于黏膜细胞并呈聚合性分布,而对照组加德纳菌多数呈现散在分布,并证实了生物膜可通过性传播途径传播。荧光原位杂交技术具有快速、便捷、客观、特异性等优点,同时也存在成本较高、荧光弱化导致假阴性、尚缺乏对一些病原体比如肠杆菌属、支原体的特异性检测探针等缺陷,有待进一步完善和提高。

3展望

生物膜是近年来的研究热点,越来越多的证据表明:生物膜的形成与感染性疾病,尤其是慢性感染及复发性感染性疾病关系密切,极有可能在疾病发生、发展、转归的过程中发挥了重要的作用。体内生物膜的深入研究,对于人类对相关疾病的认知、治疗和预防等具有举足轻重的作用,可能是人类治疗、预防感染性疾病的一把钥匙。但目前体内生物膜研究起步较晚,面临着许多亟待解决的问题:如研究技术尚不成熟,难以模拟体内复杂的免疫环境,尚缺乏标准、稳定、便捷的生物膜动物模型构建方法等。探索安全、简便、稳定、高质量的生物膜动物模型构建方法,结合发展迅速的分子生物学技术如荧光原位杂交技术等,可能在以后的体内生物膜研究工作中发挥举足轻重的作用。

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5期李纪兵等:体内生物膜研究进展

湖南省2020届高三生物第一次联考试题(含解析)

湖南省邵阳市2020届高三生物第一次联考试题(含解析) 一、选择题 1.所谓“膜流”是指细胞中各种生物膜之间的联系和转移。下列有关叙述错误的是() A. 质壁分离和复原现象不属于“膜流”现象 B. RNA在核质之间的转移过程发生了“膜流”现象 C. 神经递质的释放过程发生了“膜流”现象 D. 吞噬细胞吞噬细菌的过程发生了“膜流”现象 【答案】B 【解析】 【分析】 真核细胞内存在着丰富的膜结构,他们将细胞内部划分成相对独立的区室,保证多种生命活动高效有序的进行,这些膜结构又可以相互转化,在结构和功能上构成一个统一整体。细胞膜、核膜及多种细胞器膜,共同构成细胞的生物膜系统。 【详解】A、质壁分离和复原现象是失水和吸水导致的原生质层与细胞壁的分离和复原,没有膜泡运输,没有体现“膜流”现象,A正确; B、RNA在核质之间的转移是通过核孔,没有发生“膜流”现象,B错误; C、神经递质的释放过程属于胞吐,发生了“膜流”现象,C正确; D、吞噬细胞吞噬细菌的过程属于胞吞,发生了“膜流”现象,D正确。 故选B。 2.取未转基因的水稻(W)和转Z基因的水稻(T)各数株,分组后分别喷施蒸馏水、寡霉素和NaHSO3,24h后进行干旱胁迫处理(胁迫指对植物生长和发育不利的环境因素),下图为测得未胁迫组和胁迫组植株8h时的光合速率柱形图。已知寡霉素抑制光合作用和细胞呼吸中ATP 合成酶的活性。下列叙述错误的是()

A. 寡霉素在细胞呼吸过程中主要作用部位在线粒体的内膜 B. 寡霉素对光合作用的抑制作用可以通过提高CO2的浓度来缓解 C. Z基因能提高光合作用的效率,且减缓干旱胁迫引起的光合速率的下降 D. 喷施NaHSO3促进光合作用,且在干旱胁迫条件下,促进效应相对更强 【答案】B 【解析】 【分析】 光合作用分为两个阶段进行,在这两个阶段中,第一阶段是直接需要光的称为光反应,第二阶段不需要光直接参加,是二氧化碳转变为糖的反过程称为暗反应。光合作用主要受光照强度、CO2浓度、温度等影响。转基因技术是指利用DNA重组、转化等技术将特定的外源目的基因转移到受体生物中,并使之产生可预期的、定向的遗传改变。 【详解】A、寡霉素抑制细胞呼吸中ATP合成酶的活性,在细胞呼吸过程中第三阶段产生的ATP 最多,场所位于线粒体内膜,A正确; B、寡霉素抑制光合作用中ATP合成酶的活性,提高CO2的浓度可能无法缓解,也可设置提高CO2浓度的组别来探究或验证,从图中无法得知提高CO2的浓度可以缓解寡霉素对光合作用的抑制作用,B错误; C、对比W+H2O组和T+H2O组,自变量是是否转入基因Z,可知Z基因能提高光合作用的效率,再结合W+H2O组(胁迫和未胁迫)和T+H2O组(胁迫和未胁迫),可知转入Z基因能降低胁迫引起的光合速率的减小(差值减小),因此基因Z能减缓干旱胁迫引起的光合速率的下降,C

生物膜的研究进展

第7卷第5期1998年10月 环境科学进展 ADVANCESINENVIRONMENTALSCIENCE Vol.7,No.5 Oct.,1999生物膜的研究进展Ξ 王文军1、2 王文华1 黄亚冰1 张学林2 (1中国科学院生态环境研究中心环境水化学国家重点实验室,北京100085) (2中国科学院长春地理研究所,长春130021) 摘 要 本文综述了近年来生物膜研究成果,包括生物膜的发育形成、形态结构、组成、物理-化学特征、抗性等;生物膜在污水处理方面的作用和微生物组织腐蚀性的负效应。 关键词:生物膜 特征 作用 生物膜在天然水环境中和工程处理过程中起着重要的作用[1-3]。在天然水环境中,绝大部分矿物颗粒表面覆盖着有机外壳[4],这些有机外壳由腐殖酸物质和生物膜组成,它们将强烈地改变矿物颗粒的吸附行为,这种表面吸附作用在河水污染物的迁移过程中起着决定性作用。在工业应用中,生物膜的作用表现在废水处理,以及酸性矿物排泄物的生物修复等方面,例如在水和废水处理系统中,生物膜反应器比悬浮生长反应器具有更大的优势,能提高生物量在反应器中的滞留程度,促进对污染物降解效率。生物膜的破坏性作用表现在清洁水系统中,以及微生物诱导的腐蚀等方面[5,6]。随着对生物膜在自然环境(如水、土、生物环境)中和工业应用方面的重要性的不断认识,在过去的二十多年,人们对生物膜的兴趣极大地增加[7]。美国、德国、日本、英国、法国等国家对生物膜进行了大量的研究[1-31],取得了一些初步的研究成果。 一、生物膜的形成及影响因素 生物膜形成于自然环境和人工环境中。在自然环境条件下,生物膜存在于几乎所有暴露于水中的固体表面上,代表了一类微生物群体,其中有各种寄居者如固着细菌、原生动物、真菌和藻类[4-9]。这些微生物细胞及非生物物质镶嵌在微生物分泌的有机聚合物基质(Matrix)中,聚合物基质由细菌胞外聚合物质和腐殖质等其它有机物质组成。即生物膜代表了一种稳定的由微生物细胞组成的复杂混合物的微生态系统,细胞镶嵌在胞外聚合物的基质中,并且附着到固体表面。生物膜发育形成的条件和时间序列大致为[9]: (1)存在着清洁的可用于聚居的固体表面;(2)一种有机分子膜快速形成;(3)聚结的细胞 Ξ1国家自然科学基金资助项目:29777027 2中国科学院武汉水生所淡水生态与生物技术国家重点实验室开放基金资助

细菌生物膜研究进展 (1)

306 中国医学文摘耳鼻咽喉科学 NEWS AND REVIEWS/November 2009, Vol.24, No.6 专题论坛 抗生素的合理应用 EATURE 1 生物膜的概念 细菌生物膜是指在多聚糖、蛋白质和核酸等组成的基质内相互粘连粘附于物体表面的细菌群体[1]。生物膜可以由一种或几种细菌混合生长而成。乳酸乳球菌与萤光假单胞菌混合形成的生物膜就是一个典型的例子。乳酸乳球菌自身不易形成生物膜,但可以提供给萤光假单胞菌乳酸作为养料,而萤光假单胞菌帮助乳酸乳球菌固定在物体表面,并且消耗氧气为乳酸乳球菌这一厌氧菌提供更合适的生长环境[2]。 生物膜的生命周期分为附着、生长和分离3部分。附着阶段,物体表面的血清蛋白和其他物质作为连接物介导细菌的附着;生长阶段,细菌通过分裂并在物体表面定植,生成聚合物基质,使得生物膜形成三维结构,并形成隧道,这些隧道帮助营养物质的交换以及废物的排出,并调节生物膜内的pH 值。生物膜中的细菌对氧气和营养的需要有所减少,废物通过其内的管道得以排出。生物膜内细菌间的紧密接触为携带耐药基因的质粒的交换和对密度感应分子的交流提供了良好环境。生物膜内的细菌间更利于质粒、酶和其他分子的交换,通过化学信号进行交流。生物膜的形成需要细菌间的化学信号进行协调。使得细菌能感知到周围细菌的存在并对环境变化作出相应的反应。这一过程称为密度感应(quorum-sensing )。虽然不同细菌的生物膜有其特异性,但均具有一些普遍的结构特征。生物膜中细菌形成的微菌落间具有间隙空位(interstitial voids ),液体可在这些间隙中流动,使得营养物质、气体和抗菌药物得以扩散。生物膜的结构随着外部和内部的改变而持续变化。 2 生物膜与临床 99%的细菌以生物膜的形式生活,美国疾病控制与预防中心估计至少65%的人类细菌感染与生物膜有关[3]。生物膜已经被证实与慢性中耳炎、中耳胆脂瘤、慢性腺样体炎[1]等疾病相关。Pawlowski 等[4]于2005年在耳蜗植入体上发现了细菌生物膜。Cryer 等[5]于2004年发现一些慢性鼻窦炎手术治疗后症状仍持续 细菌生物膜研究进展 郑波 [关键词] 生物膜(Bio ?lms );抗药性,细菌(Drug Resistance ,Bacterial ) 郑波 北京大学第一医院临床药理研究所,北京 100034 广东人,副教授,副主任医师,主要从事细菌耐药机制和抗菌药物合理应用的研究工作。Email :doctorzhengbo@https://www.sodocs.net/doc/ad16016138.html, 的患者鼻窦中存在生物膜,这些患者主要为铜绿假单胞菌感染。Ramadan 等[6]于2005年对5位慢性鼻窦炎患者进行黏膜活检,对标本进行扫面电镜检查均发现有生物膜的存在。此外,生物膜已被证实与下列感染有关:慢性前列腺炎、导管相关感染、人工关节感染、牙周病、心内膜炎以及囊性纤维化患者的假单胞菌肺炎等。 3 生物膜与抗菌药物耐药 生物膜内细菌对抗菌药物的敏感性较游离状态时显著降低,最低可降低1000倍。其原因包括生物膜的结构阻止了药物的传输或生物膜中的细菌的生理学改变等。以前一直认为生物膜介导的对抗菌药物耐药的原因是抗菌药物难以渗透入生物膜。但一些研究否认了这一假设。研究显示喹诺酮类可以很快的渗透到铜绿假单胞菌和肺炎克雷白杆菌生物膜的深部[7,8],四环素可很快的渗透到大肠埃希菌生物膜内,万古霉素可以很快渗透到表皮葡萄球菌生物膜内。目前唯一得到证实的是氨基糖苷类药物,由于生物膜中的基质带负电荷,而氨基糖苷类带有正电荷,因此氨基糖苷类药物难以渗透到生物膜的深部[9]。 生物膜对β内酰胺类耐药性增加的机制之一是细菌产生的β内酰胺酶在生物膜表面基质内聚集,可达到很高的浓度,能迅速的将渗透进生物膜内的β内酰胺类抗生素水解掉,有效保护深部细菌不被β-内酰胺类抗菌药物灭活[10]。有研究证实氨苄西林会被肺炎克雷白杆菌生物膜表层中聚集的β内酰胺酶快速水解。 生物膜造成的缺氧环境也增加了对抗菌药物耐药性。一项在囊性纤维化患者生成的铜绿假单胞菌生物膜的研究显示氧气仅能渗透到生物膜的25%深度。铜绿假单胞菌在厌氧条件下比在有氧条件下对抗菌药物的敏感性明显降低[11]。 由于很多抗菌药物对繁殖期细菌杀伤作用更强大,如青霉素类、头孢菌素类和碳氢霉烯类等。在生物膜深部的细菌受氧气、营养物质缺乏的影响及可能存在的密度感应系统的调控,使得细菌的生长、繁殖速度下降,影响抗菌药物对其作用。因此在抗菌药物作用下,生物膜中相对敏感的细菌会被杀死,但耐药菌会持

生物膜之间的关系

生物膜的概念 细胞就像一台复杂而精巧的生命机器,各个部件虽然作用不同,但是衔接得非常巧妙,因而整台机器能够灵活运转。细胞膜、核膜以及内质网、高尔基体、线粒体等细胞器,就是这台“机器”中一些功能相关的“部件”,它们都由膜构成,这些膜的化学组成相似,基本结构大致相同,统称为生物膜。 生物膜之间的联系 (一)各种生物膜在结构上的联系 细胞内的各种生物膜在结构上存在着直接或间接的联系。内质网膜与外层核膜相连,内质网腔与内、外两层核膜之间的腔相通,外层核膜上附着有大量的核糖体(如图)。内质网与核膜的连通,使细胞质和核内物质的联系更为紧密。在有的细胞中,还可以看到内质网膜与细胞膜相连。内质网膜与线粒体膜之间也存在一定的联系。线粒体是内质网执行功能时所需能量的直接“供应站”,在合成旺盛的细胞里,内质网总是与线粒体紧密相依,代谢越旺盛相依程度越紧密,有的细胞的内质网膜甚至与线粒体的外膜相连。 虽然高尔基体与内质网在结构上没有直接相通,但是当附着有核糖体颗粒的内质网膜(粗面内质网)连接到高尔基体膜上时,内质网膜常常失去核糖体,变成光滑的、无颗粒的膜,生物学上称之为光面内质网,与高尔基体的膜极为相似。许多科学家认为,在细胞进化的过程中,高尔基体是由内质网转变而来的。 高尔基体膜在厚度和化学组成上介于内质网膜和细胞膜之间。在活细胞中,这三种膜是可以互相转变的。内质网膜通过“出芽”的形式,形成具有膜的小泡(具膜小泡),小泡离开内质网,移动到高尔基体,与高尔基体膜融合,小泡膜成为高尔基体膜的一部分。高尔基体膜又可以突起,形成小泡,小泡离开高尔基体,移动到细胞膜,与细胞膜融合,成为细胞膜的一部分。细胞膜也可以内陷形成小泡,小泡离开细胞膜,回到细胞质中。由此可以看出,细胞内的生物膜在结构上具有一定的连续性,具膜小泡对细胞的内吞和外排作用有着十分重要的意义。 生物膜的化学组成细胞内的各种生物膜不仅在结构上相互联系,它们的化学组成也大致相同。与细胞膜类似,其他生物膜也主要由蛋白质、脂类和少量的糖类(细胞膜上的糖类一般与蛋白质结合,以糖蛋白的形式出现在细胞膜上,糖蛋白对细胞的生物识别功用意义非凡)组成。但是在不同的生物膜中,这三种物质的含量是有差别的(如下表)。 生物膜人红细胞膜大鼠肝细胞核膜内质网膜线粒体外膜线粒体内膜 蛋白质...49.. .......59.......... 67 .......52 . (76) 脂类.....43 .........35 ..........33 .......48 . (24) 糖类......8 ........2.9 .......含量很少 ....含量很少.... 含量很少 (质量分数/%) (二)各种生物膜在功能上的联系 科学家在研究分泌蛋白的合成和分泌时,曾经做过这样一个实验:他们在豚鼠的胰脏腺泡细胞中注射3H标记的亮氨酸,3min后,被标记的氨基酸出现在附着有核糖体的内质网中,17min后,出现在高尔基体中,117min后,出现在靠近细胞膜内侧的运输蛋白质的小泡中,以及释放到细胞外的分泌物中(如图)。这个实验说明分泌蛋白在附着于内质网上的核糖体中合成之后,是按照内质网→高尔基体→ 细胞膜的方向运输的。 在核糖体上合成的分泌蛋白,为什么要经过内质网和高尔基体,而不是直接运输到细胞膜呢?进一步的研究表明,在核糖体上翻译出的蛋白质,进入内质网腔后,还要经过一些加工,如折叠、组装、加上一些糖基团等,才能成为比较成熟的蛋白质。然后,由内质网腔膨大、出芽形成具膜小泡,包裹着蛋白质转移到高尔基体,把蛋白质输送到高尔基体腔内,做进一步的加工。接着,高尔基体边缘突起形成小泡,把蛋白质包裹在小泡里,运输到细胞膜,

细菌生物膜造模步骤

Polymicrobial infections in mice. Bacterial cultures were grown overnight and then subcultured the following day into fresh media appropriate for each bacterium.Three milliliters of each culture was pelleted and washed three times with phosphate-buffered saline (PBS) to remove residual medium and toxins. Bacterial suspensions were diluted in PBS to give a final concentration of 2×106 to 3×107 CFU/ml (as determined by serial dilutions and plating of the PBS suspensions of bacteria). The polymicrobial infections for the young and aged diabetic mice were separated into eight experimental groups, as shown in Table2. One hundred-microliter samples of each bacterial suspension (2×105 to 3×106 CFU), singly or in combination, were injected subcutaneously into the inner thighs of the mice, as previously described (7). Each experimental group (Table2) was comprised of 24 mice. At 1, 8, and 22 days postinjection, eight mice from each experimental group were euthanized by cervical dislocation following the induction of deep anesthesia with 100% CO2 gas. Six mice were used for the determination of the number of CFU in the injection area; the remaining two mice were used to assess the pathology of the injection site. Blood from all mice was removed from the caudal vena cava and/or directly from the heart and placed in blood vials containing EDTA. These samples were sent to a reference labo-ratory (Ani Lytics, Inc., Gaithersburg, MD) for determining complete blood cell counts. From six of the mice, the tissue surrounding the area at the site of injection was excised and the spleens were removed. Each sample was homogenized using a tissue homogenizer and resuspended in a final volume of 1 ml of PBS. Appropriate dilutions were plated on a selective medium specific for growth of each of the three organisms used. E. coli-containing samples were plated on eosinmethylene blue agar (Becton Dickinson, Cockeysville, MD) and incubated aerobically at 37°C overnight. B. fragilis-containing samples were plated on Bacteroides bile esculin agar (Becton Dickinson, Cockeysville, MD) and incubated anaerobically at 37°C for approximately 2 days. C. perfringens-containing samples were plated on either tryptose-sulfate cycloserine agar base (EM Science, Gibbstown, NJ) or Shahidi Ferguson Perfringens agar base (Becton Dickinson, Sparks,MD) and incubated anaerobically at 44°C for 8 to 12 h. The remaining two mice were necropsied, and the area of injection and spleens were examined for pathological changes in the infection. Five-micron-thick sections of the abscess area were stained with hematoxylin and eosin and mounted on microscope slides. Experim ental protocols involving mice were examined and approved by the Virginia Tech Institutional Animal Care and Use Committee.

《细胞的结构和功能》复习学案.doc

1320班生物一轮复习学案 必修1 《第三章细胞的结构和功能》 本期主编:大雄组组长:雄哥 第1节编辑:韩殿雄、王子翔; 第2节编辑:蒋洪磊、任程; 第3节编辑:张玉晨、许浩扬。 打字员:李立峰 真正不羁的灵魂不会真的去计较什么,因为他们的内心深处有国王般的骄傲。 ——杰克?凯鲁亚克 第1节细胞膜一一系统的边界 £知识提纲3 一、制备细胞膜:方法;选材;步骤 二、细胞膜的成分: 三、细胞膜的功能: 四、细胞壁:成分;作用;特性 £夯实基础3 一、制备细胞膜: 1._____________________ 方法:法。 2?最佳选材:__________________________ 。原因:①无 ________________________ ,易制得纯净的细 胞膜;②无___________ ,细胞易吸水涨破;③红细 胞单个存在,易制成悬浮液。 3.步M聚:配制红细胞稀释液->取少量红细胞稀释液滴加到载玻片上■?滴加蒸馏水使红细胞吸水涨破 ★考点: ①红细胞稀释液是用_加适量的 _____________ 配制而成。 ②滴加蒸馏水的方法称之为 ______ 法,其操作 要领可以概括为:一侧滴一侧吸,重笈几次。 ③整个加水操作都要在 ______ 上进行,以便使 用_ (高/低)倍镜观察细胞的变化过程。 ④细胞破裂后,还需要通过_和_才能获得较纯净的细胞膜。 ★思考:科学家在用电子显微镜观察到细胞膜之前,己经确定细胞膜的存在了,你知道依据是啥码? 二、细胞膜的组成: 1.____________________ 细胞膜主要由和组成,还 有 少量的 ____ 。其中含量最多的是________。 2.___________________________ 组成细胞膜的脂 质中, _______________________ 最丰富,同时 还含有 ______ (尤其在动物细胞膜上)。谁再记不住 这个,谁就不是动物,谁就是植物,就是“植物人”! 功能越S杂的细胞膜,艿上该物质的种类和数泉越多。☆小冷:癌细胞的恶性增殖和转移与癌细胞 __________ 的改变有关。 三、细胞膜的功能: 熟记三大功能,并能准确分析题中所给材料体现了其中的哪些功能。 1. ______________________________________ O意义:使细胞 成为相对独立的系统,保障了细胞内部环境的相对稳定。 2.______________________________ o细胞膜的此 能力是相对的。 ? ? 3.______________________________ o ★思考: 细胞膜的上述三大功能分别主要与细胞膜上? ?的___________ 、 _________ 和_________ (物质)相关。 ★细胞间信息交流的三种方式(P42图3—2重要)①间接交流:例子:激素;递质等 ②直接交流:例子:精卵的相互识别与结合;效应T细胞与靶细胞的识别与结合。 ③形成通道:(常见于_____________ )例子:高等植物细胞之间通过_______________ 相互连接,有____________ 和 __________ 的作用。 3. 是细胞膜功能的主要承担者,因此,

生物膜耐药机制

细菌生物膜的耐药性机制的研究近况 随着抗生素的广泛应用,细菌对抗生素产生的耐药现象日益加重, 给临床抗感染治疗带来了极大的挑战。近年来细菌对抗生素的耐药现象日益严重, 随着对生物膜研究的深入,发现细菌对抗生素的耐药性不仅与耐药菌株的大量产生有关,亦与致病菌在体内形成生物膜有关。近些年来,对细菌生物膜的基础研究和临床研究成为国内外细菌耐药研究热点,本文在前人的研究基础上,对生物膜的耐药机制作综述,为了更好指导临床治疗方案。 细菌生物膜(Bacterial Biofilm ,BF) 是细菌在生长过程中为适应生存环境而不可逆的粘附于非生物或生物表面形成的一种与浮游细胞(plank tonic cell)相对应的生长方式,由细菌和自身分泌的胞外基质组成。BF的耐药机制不同于浮游菌,有效浓度的抗菌药物能迅速杀死浮游生长的细菌和BF表面的细菌,但对BF深处的细菌却难以有效杀灭。当细菌以BF形式存在时耐药性明显增强(10一1000 倍),抗生素应用不能有效清除BF,还可诱导耐药性产生。BF通过多种机制参与耐药形成, 不同机制间还存在协同作用[1]。 1 抗菌药物渗透障碍 BF中的细菌合成的胞外基质及水不溶性胞外多糖等物质构成的细菌生物膜独特三维结构,是BF 细菌的保护装置,成为抗菌药物向BF 和BF 细菌菌体内渗透的天然屏障。BF的物理性阻碍作用,降低了菌体内抗菌药物的浓度,从而表现出耐药性。改变金黄色葡萄球菌胞外多糖中特定季铵盐疏水键长度,增加其疏水,该菌株的耐药性亦增高;若去除疏水基质,则对多数抗菌药物敏感。此外,胞外多糖所带的负电荷,可与带正电荷的抗菌药物结合,而阻止药物的进一步渗透。氟化喹啉虽易穿透生物膜,但也不能完全清除细菌生物膜内的细菌。这一现象表明,BF 阻止抗菌药物渗透,只是其耐药机制的一个方面[2]。 2 特殊的微环境药物活性调节与生物膜中细胞的生长速度密切相关,抗生素对快速生长细胞更有杀伤力。生物膜中的营养成分、代谢产物浓度、渗透压和氧浓度等,自外向内呈梯度下降。这种特殊微环境和营养条件,使其中的细菌生长速度较游离菌和浮游菌明显缓慢。深层的细菌很难获得养分和氧气,代谢产物难以排出而堆积,因此,这些生物膜菌代谢活性很低,甚至处于休眠状态,菌体较小,不进行频繁的细胞分裂,对各种理化刺激、应激反应及药物均不敏感。Schauder等[3]发现当使用抗生素治疗时,生长快速的外层或表层细菌最敏感,首先被杀死;生长缓慢者敏感性下降,大部分被杀死;而生长停滞者则不敏感,待抗生素治疗停止后,残存细菌利用死亡细菌作为营养源迅速繁殖形成新的生物膜,这使感染反复发作,难以控制。 3 BF特殊的生物膜表型生物膜细菌与浮游菌相比,出现了生物膜环境所特有的基因表达模式,即对生长表面的粘附触发了部分细菌亚群基因表达的变化, 使其生物学行为也随之改变, 这称为生物膜表型。生物膜特有的表型能够激活其耐药机制。目前从mRNA 水平和蛋白水平寻找生物膜状态和浮游状态下基因表达的差别,是生物膜研究的一个热点。白色念珠菌拥有的编码外排泵的MDR 基因和耐药性相关基因——CDR 基因家族, 在生物膜中表达均有增强, 可能引起细胞膜上外排泵数目增多或活性增强, 导致生物膜中的菌株出现耐药性。而人工敲除细菌中的这些耐药性基因, 所培养的浮游菌株耐药性下降, 生物膜菌株耐药性却没有明显下降,表明耐药性并不是单一的耐药性基因所控制的

国内外感染伤口细菌生物膜处理方式的研究进展

国内外感染伤口细菌生物膜处理方式的研究进展 细菌生物膜是感染伤口迁延不愈,手术及局部给药治疗效果不佳的主要原因之一。目前临床上普遍使用的处理伤口细菌生物膜的方法有局部机械清创法、负压疗法、局部药物等,虽具有一定的治疗效果,但细菌生物膜仍是目前临床治疗慢性感染的棘手问题。近年来,国内外学者提出了一些新的治疗方法及理念,如光动力学治疗、低能量光疗、乙酸及抗菌肽等的使用,本文综述了国内外感染伤口细菌生物膜处理的研究进展,以期为目前生物膜的临床治疗与护理带来启发。 Abstract:Bacterial biofilm is one of the main reasons for the unhealing of infection wound,the poor effect of operation and local administration.At present,the methods of treating bacterial biofilm in clinic are local mechanical debridement,negative pressure therapy,local medicine and so on. Although it has certain therapeutic effect,bacterial biofilm is still a thorny problem in clinical treatment of chronic infection.In recent years,scholars at home and abroad have put forward some new treatment methods and ideas,such as photodynamic therapy,low-energy phototherapy,acetic acid and antimicrobial peptides,etc.This article reviews the research progress of bacterial biofilm treatment in infected wounds at home and abroad in order to bring inspiration to the clinical treatment and nursing of biofilm. Key words:Bacterial biofilm;Infected wound;Photodynamic therapy;Low energy phototherapy;Antimicrobial peptide 傷口细菌生物膜(bacterial biofilm)因其独特的组织结构,对抗生素以及其它一些抗菌物质有着极强的耐药性[1]。美国疾控中心数据表明,65%~80%的伤口感染都与细菌生物膜有关[2]。而细菌生物膜也成为了感染伤口迁延不愈,手术及局部给药治疗效果不佳的主要原因之一。目前临床上普遍用来处理伤口细菌生物膜的方法包括局部机械清创法,破坏菌膜、生物工程替代疗法、负压疗法、局部药物等治疗方法,以上方法虽均具有一定的治疗效果,但细菌生物膜仍是目前临床治疗慢性感染的棘手问题。近年来,国内外医学专家通过对细菌生物膜产生的机制和其对伤口愈合的不利影响,以及如何消除伤口生物膜的方法进行了研究,并提出了一些新的治疗方法及理念,这些会对目前生物膜的临床治疗与护理带来启发,现综述如下。 1细菌生物膜产生的机制及特性 细菌生物膜是微生物有组织生长的聚集体,指细菌不可逆的附着于一个惰性或活性的实体表面,进而繁殖、分化,并分泌一些多糖(EPS)基质,将菌体群落包裹其中而形成的细菌聚集体膜状物。单个生物膜可由一种或多种不同的微生物组成,包括细菌,还包括真菌、病毒、蛋白质、细胞外DNA等多种成分[3]。 生物膜的形成是一个动态[4]的过程,主要分以下3个阶段:微生物附着于创面,EPS的分泌和菌落的形成,以及菌落细胞的成熟与传播。当生物膜内环境

2020年高考生物一轮复习专题2.2细胞器(精讲)(含解析)

专题2.2 细胞器 1.主要细胞器的结构和功能(Ⅱ)。 2.细胞膜系统的结构和功能(Ⅱ)。 3.实验:观察线粒体和叶绿体。 通过对各种细胞器进行比较和分析,能按照不同的标准进行分类和归纳。用科学的方法观察细胞中的线粒体和叶绿体。 知识点一 主要细胞器的结构和功能 1.细胞质的组成 细胞质包括细胞质基质和细胞器,前者为代谢提供场所、物质和一定的环境条件,影响细胞的形态、分裂、运动及细胞器的转运等。 2.细胞器之间的分工 (1)线粒体和叶绿体的比较 (2)其他细胞器的功能分析

【重点突破】 (1)线粒体、叶绿体中含有DNA、RNA和核糖体,能独立地进行基因表达合成部分蛋白质,但其绝大多数蛋白质由核基因编码,在细胞质核糖体上合成后转移至线粒体或叶绿体内。因此二者被称为半自主性细胞器。 (2)真核细胞中的核糖体有两类:附着核糖体主要合成分泌蛋白(如抗体等);游离核糖体主要合成细胞自身所需要的蛋白质。 (3)内质网有两类:粗面型内质网与分泌蛋白的合成、加工、运输有关;滑面型内质网与糖类、脂质(如某些激素)的合成有关。 (4)动物细胞内的高尔基体与分泌物的形成有关,是各种膜成分相互转化中的“枢纽”。植物细胞内的高尔基体与细胞壁的形成有关。 (5)液泡中的色素是花青素,与花和果实的颜色有关;叶绿体中的色素是叶绿素等,与光合作用有关。 (6)溶酶体起源于高尔基体。 3.细胞器的不同分类 知识点二细胞器之间的协调配合及生物膜系统 1.各种生物膜之间的联系 (1)在成分上的联系

①相似性:各种生物膜都主要由脂质和蛋白质组成。 ②差异性:每种成分所占的比例不同,功能越复杂的生物膜,其蛋白质的种类和数量就越多。 (2)在结构上的联系 ①各种生物膜在结构上大致相同,都是由磷脂双分子层构成基本支架,蛋白质分子分布其中,都具有一定的流动性。 ②在结构上具有一定的连续性,图示如下: (3)在功能上的联系(以分泌蛋白的合成、运输、分泌为例) ①过程 ②图解 分泌蛋白依次经过图中①②③④⑤⑥⑦,依次表示核糖体、内质网、囊泡、高尔基体、囊泡、细胞膜、细胞外,⑧是线粒体,为该过程提供能量。 2.细胞的生物膜系统 (1)组成:细胞膜、细胞器膜和核膜等结构,共同构成细胞的生物膜系统。 (2)功能

支原体生物膜研究进展_叶晓敏

·综述·支原体生物膜研究进展 叶晓敏,陆春 (中山大学附属第三医院皮肤科,广东广州510630) [摘要]近几年,支原体生物膜研究逐渐受到研究人员的关注。多种支原体都被证实具有生物膜形成 能力,生物膜形成后支原体耐药性增加,研究生物膜对于防治临床支原体感染有着重大意义。本文从 目前报道的几种支原体生物膜的形成及结构、生物膜形成的影响因素、生物膜形成对支原体药物敏感 性的影响及可能机制等几个方面综述了目前对支原体生物膜的研究进展。 [关键词]支原体;生物膜 [中图分类号]R759[文献标识码]A[文章编号]1674-8468(2011)01-0060-04 生物膜(Biofilm,BF)是微生物在生长过程中附着于物体表面而形成的由微生物的细胞及其分泌的聚合物等所组成的膜样多细胞复合体[1]。生物膜的存在可以增强病原微生物对宿主免疫攻击及抗菌药物的抵抗力。目前对大量支原体的研究已发现很多支原体都具有形成生物膜的能力。生物膜形成后增强了支原体对环境压力如热、干燥、缺氧、高渗透压等[2-3]及对抗菌药物的抵抗力[4]。本文从支原体生物膜的形成及结构、生物膜形成的影响因素、生物膜形成对支原体药物敏感性的影响及可能机制等几个方面对目前支原体生物膜的研究进展作一综述。 1支原体生物膜的鉴定及其形成和结构 生物膜是微生物细胞不断粘附、聚集,并包裹在自身生成的胞外基质中形成的多聚复合物,体积上15%由细胞组成,85%由胞外基质组成。目前生物膜的培养多以玻片、细胞爬片、滤膜为载体,可在液体中或固体培养基表面培养,依靠扫描电镜或共聚焦显微镜观察,通常认为观察到多层复合结构即为生物膜结构[5-6]。 生物膜的形成是一个动态过程,先后包括5个步骤[7]:可逆性粘附、不可逆性粘附、早期形成阶段、成熟及消散阶段。虽然很多研究认为支原体培养24小时生物膜即已形成,并以此期生物膜为对象研究其对抗菌素等的抵抗力。但Laura McAuliff等[2]在研究了牛支原体生物膜时有不同的发现。作者利用共聚交显微镜结合SYTO9/PI 荧光探针对牛支原体生物膜形成的动态过程进行观测,发现形成的24及48小时大部分细胞是活的,而通过共聚交显微镜的观察及三维重构发现牛支原体生物膜在最初的24小时仅有一层细胞粘附,48小时才发展成一个非匀质的框架结构,有近20um高,还有通道样结构,此时的生物膜才趋于成熟,同时研究发现培养24小时的牛支原体生物膜对达氟沙星,恩氟沙星,土霉素与游离状态的细胞同样敏感,证明牛支原体培养24小时尚未形成成熟生物膜。可见不同微生物生物膜成熟的时间是存在差异的,在对生物膜特性进行研究之前因先确定其成熟时间点。 支原体生物膜形态与其他微生物相似,可呈网络样、蜂窝状、柱状、蘑菇样、塔样,其间可见水通道,同一种微生物可形成不同结构的生物膜。如肺炎支原体的生物膜最初可形成蜂窝状的区域,在此基础上向外生长成蘑菇状或塔状,塔的直接从小的10um到大于50um,并在塔结构内可见到通道。随着生物膜生长时间的延长,蜂窝状结构中的空洞减少而塔的直径增加,生物膜的形成逐渐趋于成熟[8]。生物膜在不断成熟、丰厚的过程中对内层细胞保护作用不断增强,但由于其深部的细胞营养物质及氧份缺乏也会抑制其生长,正如Laura McAuliff的研究发现培养72小时的生物膜中近70%的细胞都死亡了,活的细胞主要位于生物膜中心。 2影响支原体生物膜形成的因素 生物膜的形成过程中粘附是第一步也是最关键的一步,某些胞外多糖及蛋白质物质是介导粘附的重要基质。如大肠杆菌的表多糖[9],铜绿假单胞菌的藻酸盐[10]等都可促进生物膜的形成。有关支原体的研究也发现支原体的生物膜形成也与某些多糖及蛋白质物质有关。 2.1多糖与生物膜形成 野生型的肺炎支原体可形成一种胞外多糖,即表多糖(exopolysaccharide,EPS)-Ⅰ,它是由当量克分子的葡萄糖

生物膜

生物膜 介绍:本文介绍了什么是生物膜以及它们在阻碍伤口愈合过程中所起到的重要作用。此外,还探讨了可能的干预方法,旨在清除或减少生物膜,并预防其在伤口再次形成。 什么是生物膜: 生物膜是一种微生物群落复合体,由细菌和真菌组成。微生物能合成并分泌一种保护性基质,通过它将生物膜牢固的附着在活体或非活体表面。 生物膜是一种动态的异种群落复合体,处于不断变化的状态,它们可能由单一种群细菌或真菌组成,大多数情况下,由多种群组成,比如包含多种多样的菌群。基本上,可将生物膜描述成细菌隐藏在一层厚厚的黏滑的保护层中,保护层由糖类和蛋白质组成。生物膜保护层可保护微生物免受来自外界的危害。 生物膜与伤口有什么联系? 一直以来都认为生物膜可在医疗器械表面形成,例如导尿管、气管插管、鼓膜通气管、骨科与胸部植入物、角膜接触镜、子宫内避孕器(IUDs)以及缝合线。它们是导致潜在的细菌感染和慢性炎症的主要原因,如牙周炎、囊性纤维化、慢性痤疮以及骨髓炎。 生物膜还常见于伤口,并在某种程度上会延迟伤口愈合进程。通过电子显微镜对慢性伤口与急性伤口的活组织检查发现,60%的慢性伤口含有生物膜结构,而急性伤口只有6%含有生物膜结构。据报道,生物膜是导致多种慢性炎症性疾病的主要因素,那么极有可能几乎所有的慢性伤口上至少有部分创面含有生物膜菌群。 生物膜是如何形成的? 阶段一:可逆的表面粘附 微生物通常被认为处于孤立的自由漂浮状态(如浮游型)。然而,在自然条件下,大部分微生物倾向于粘附在物体表面上,并最终形成生物膜。最初的粘附是可逆的。 阶段二:永久性表面粘附 随着细菌的繁殖,它们粘附的更加牢固(定植),发生变异,改变基因表达模式以提高生存能力。这通常是一种被称为细菌群感效应(Quorum sensing)的细菌通讯的结果。 阶段三:黏滑保护性基质/生物膜 一旦牢固地附着在表面上,细菌开始分泌一种包围基质,即细胞外聚合物(EPS)。 这是一种保护性基质或称为“黏质物”。这样,小菌落形成最初的生物膜。 EPS的准确成分因所含的不同微生物而异,但通常由多糖、蛋白质、糖脂和细菌DNA 所组成。一般认为存活的或死去的细菌释放的细菌DNA是构成生物膜细胞外聚合物(EPS)基质的重要组成部分。细菌分泌出各种蛋白质和酶帮助生物膜牢固的粘附在伤口创面上。

结核分枝杆菌生物膜研究进展

Hans Journal of Medicinal Chemistry 药物化学, 2018, 6(3), 78-84 Published Online August 2018 in Hans. https://www.sodocs.net/doc/ad16016138.html,/journal/hjmce https://https://www.sodocs.net/doc/ad16016138.html,/10.12677/hjmce.2018.63011 Advances on Research of Mycobacterium tuberculosis Biofilms Menglan Gan, Renfeng Wang, Zaichang Yang* School of Pharmacy, Guizhou University, Guiyang Guizhou Received: Aug. 1st, 2018; accepted: Aug. 15th, 2018; published: Aug. 22nd, 2018 Abstract Biofilms refer to a microbial community that is surrounded by a self-generated extracellular po-lymer and attached to the cell surface, but the physiology and genetics definition of the M. tuber-culosis biofilm have not yet been described. Because of its unique physiological state, M. tuberculo-sis biofilms limit the therapeutic effect of anti-tuberculosis drugs, prolong the cycle of tuberculosis treatment, and seriously endanger human health. This article reviewed the formation mechanism, structural composition and related functions and quantitative methods of M. tuberculosis biofilms, and discussed the research ideas of using M. tuberculosis biofilms as novel anti-tuberculosis drugs to shorten the treatment of tuberculosis and provide a new direction for improving the therapeu-tic effect of tuberculosis. Keywords Mycobacterium tuberculosis, Biofilms, Tolerance 结核分枝杆菌生物膜研究进展 甘梦兰,王仁凤,杨再昌* 贵州大学药学院,贵州贵阳 收稿日期:2018年8月1日;录用日期:2018年8月15日;发布日期:2018年8月22日 摘要 生物膜是指被自我产生的细胞外聚合物包裹,并附着在细胞表面的微生物群落,但结核分枝杆菌生物膜*通讯作者。

2008-植物相关细菌生物膜研究进展

收稿日期:2008-04-29 基金项目:江苏省农科院院基金(6210730) 作者简介:杨敬辉(1973-),男,云南丽江人,助理研究员,从事植物病害生物防治工作。 河北农业科学,2008,12(9):1-3JournalofHebeiAgriculturalSciences 责任编辑李布青 在自然环境中生存的细菌结合于固体、液体介质表面或与别的微生物细胞密切接触,以多细胞形式聚集在一起称作生物膜[1]。细菌粘附于寄主表面,彼此间由1个结构复杂的基质包裹,基质通常由不同的胞外多聚物,包括多聚糖、蛋白和DNA等组成。生物膜的构型排列很复杂,有些是表面平坦无特征的膜,有些则是由多层细胞聚集形成形状各异的膜,如塔型和彩带型等。 生长于生物膜内的细菌所表现的细胞生理学,与其 分散生长于组织内时所表现的生理学不同[2]。在生物膜 内,细菌能对营养、代谢排泄物的浓度和细菌群体密度作出反应,调节新陈代谢,并能与邻近细胞相接触,参与细胞之间的交流。细菌形成生物膜后增强了对抗生素的忍耐力。生物膜所具有的有益和有害的活性,使其在工业、医药和设施农业上具有重要意义。 虽然许多关于微生物生物膜形成的基础研究大多集中在无生命物质的表面,但很明显在寄主植物与细菌互作过程中,细菌可在生物体表面上形成生物膜。粘附于植物表面的多细胞聚集体被描述为微菌落、聚集体或细 胞簇[3] 。综述了有关生物膜结构、形成和微生物与陆生 植物结合所形成生物膜特性等方面的研究进展。 1细菌生物膜形成的影响因子 1.1复杂而动态的植物表面环境影响生物膜的形成 陆地环境中蕴藏着丰富而多样的微生物群落,这些 微生物群落能参与资源库的竞争和修整。在复杂而竞争的环境中,植物提供微生物赖以生存的环境。细菌定殖于植物的叶面、根、种子和内部脉管系统,这些类型的组织有特殊的化学和物理特性,这些特性影响了微生物的定殖机会和挑战能力。 陆生环境中水的可利用程度及其饱和水平是多样的,植物与细菌的互作大多经历不同水平的水合作用。此外还依赖于定殖位点、气侯条件和适宜的土壤组成等。植物的叶表面相对干燥,但能被雨水和露水淋湿。植物根围和土壤中种子表面含水量则更依赖于土壤中水的饱和度。水的限制作用能极大的影响生物膜的结构。 因此,特定环境和特定组织内水的饱和水平将极大 的影响生物膜的形成[3] 。而在每个大的组织类型中又有 不同的微环境,如:植物根的不同部位表现出不同的小生境,生长活跃的根组织在土壤中的分泌率较高,而处 于生长点的根冠细胞则不断脱落[4] 。不同场所释放的营 养和渗出物质能在很大程度上影响生物膜的产生。植物叶面组织经常含有一腊质层,其在叶片上表面和下表面分布不同。韧皮部和木质部导管在脉管系统中是不同的组织类型,在叶、茎干和根中的韧皮部及木质部组织,其流动性组成,体系结构和空间排列上均不相同。细菌能适应各种小环境,因此,生物膜的形成反映了其定殖场所的自然状态。 1.2细菌在植物表面主动和被动的沉积作用对生物膜形成的影响 微生物沉积作用的被动机制在整个陆生环境中较为常见,如风、雨的飞溅和根围的水流。而趋化性和运动 性是细菌形成生物膜的主动性机制[5]。不同假单胞菌的 植物相关细菌生物膜研究进展 杨敬辉1,文平兰2,陈宏州1,朱桂梅1,潘以楼1 (1.镇江农科所,江苏句容212400;2.句容市农技推广中心,江苏句容212400) 摘要:介绍了不同类型的植物相关细菌生物膜,综述了有关生物膜结构、形成和微生物与陆生植物结合所形成生物膜的特性等方面的研究进展,阐述了植物表面环境、细菌在植物表面主动和被动的沉积作用等对生物膜形成的影响。关键词:微生物;生物膜;群体感应中图分类号:Q925 文献标识码:A 文章编号:1008-1631(2008)09-0001-03 ResearchProgressonBiofilmFormationofPlant!associatedBacteria YANGJing!hui1,WENPing!lan2,CHENHong!zhou1,ZHUGui!mei1,PANYi!lou1(1.ZhenjiangInstituteofAgriculturalScience,Jurong212400,China;2.AgriculturalTechnologyExtensionCenterofJurong City,Jurong212400,China) Abstract:Severaltypesofplant!associatedbacteriabio-filmswereintroduced.Theresearchprogressonthestructure,for-mationandcharacterofbiofilmwerereviewed.Theinfluencingoftheenvironmentofplantsurfaceandtheactionofplant!as-sociatedbacteriainteractingwithhosttissuesurfacesduringpathogenesisandsymbiosisonthebiofilmformationwereelabo-rated. Keywords:Microorganism;Biofilm;Quorum!sensing

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