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生物薄膜

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金黃色葡萄球菌生物膜,在留置导尿管中。

生物薄膜英语biofilm),也称作“生物膜”或“菌膜”,是一些微生物細胞由自身產生的胞外多聚物基質英语Extracellular polymeric substance(主要爲多糖)所包圍而形成,且附著在浸有液體的惰性或生物表面的,具有結構的群落

重要性[编辑]

一个鱼缸的表面上的彩虹色生物薄膜。

生物膜在醫學、工業和生態上都具有重要意義。

在醫學中,人類大約65%的細菌性疾病有生物膜參與。如在口腔中,牙齒表面的生物膜可形成牙菌斑齲齒牙齦感染。生物膜也可導致器官移植後(如心臟起搏器)的感染。空調中的退伍軍人菌Legionella pneumoniae)形成生物膜可導致退伍軍人病綠膿桿菌Pseudomonas aeruginosa)在肺部感染的形成囊性纖維變性肺結核尿路感染呼吸道感染和大約25%的腎結石也是由生物膜造成的。

輸油管道中形成的生物膜會嚴重影響管道輸送能力。

特點[编辑]

生物膜中的細胞和游離細胞有很多不同點:

  • 生物膜中的細菌對抗生素過氧化氫或者去污劑的抗性比游離細胞高可達400倍。
  • 通過二維蛋白質電泳,發現生物膜中的細菌可能表達40%和游離細胞不同的蛋白。
  • 生物膜中的細菌可以不分裂而維持生存(休眠)很長時間。
  • 生物膜中的生物合成更多的向外分泌的多糖,並進行不同的次級代謝
  • 生物膜中的細菌對外界環境條件改變(如pH、離子濃度、滲透壓、黏度、營養、氣體交換)作出的反應更迅速。

結構[编辑]

生物膜體積的90%由聚合物基質或水管道構成。生物膜具有結構而非均一,管道可用於生物膜内部的細菌交換物質。生物膜中,構成底層和表層的細菌種類和比例也不同。

生物膜的細胞可通過群體感應調整自身的生理狀況。

形成[编辑]

生物薄膜的形成过程5个步驟。

生物膜的形成有以下步驟(见右图):

  1. 細菌的可逆吸附(秒)
  2. 細菌的不可逆附著,改變被附著表面的特性,使其更易被附著(秒~分)
  3. 細菌的生長和分裂(小時~天)
  4. 胞外聚合物的產生,生物膜開始形成(小時~天)
  5. 其他生物在生物膜上的附著(天~月)

特性[编辑]

黄石国家公园的生物薄膜。最长的凸起垫子区域占有约半米长。
俄勒冈州米奇温泉英语Mickey Hot Springs流出的嗜热细菌生物薄膜,约20毫米厚。

生物薄膜通常发现于浸没在或暴露于水性溶液中的固体底物,尽管它们可以在液体表面形成浮动垫还可以在树叶片的表面上形成,特别是在高湿度的气候。如果有足够的增长资源,生物薄膜会迅速成长为宏观的(肉眼可见的)。生物薄膜可以包含许多不同种类的微生物,例如,含有细菌古菌原生动物真菌藻类;每组种类的微生物执行专业化的代谢功能。然而,一些微生物在特定条件下会形成单一物种的生物薄膜。生物膜内的社会结构(合作,竞争)高度依赖于存在的不同物种。[1]

防止[编辑]

爲防止某些情況下的生物膜形成,有如下辦法:

預防性:

  • 防止營養物沉積
  • 特殊的表面使細菌無法附著(“荷葉效應”)

物理方法:

  • 超聲
  • 高電壓
  • 磁場

化學方法:

  • 抗生素
  • 去污劑
  • 過氧化氫
  • 螯合劑(如EDTA

生物調控方法:

  • 加入群體感性中誘導物的相似物質從而抑制群體感應

参见[编辑]

参考文献[编辑]

  1. ^ Nadell, Carey D.; Xavier, Joao B.; Foster, Kevin R. The sociobiology of biofilms. FEMS Microbiology Reviews. 1 January 2009, 33 (1): 206–224. doi:10.1111/j.1574-6976.2008.00150.x.