跳至內容

生物薄膜

本頁使用了標題或全文手工轉換
維基百科,自由的百科全書
金黃色葡萄球菌生物膜,在留置導尿管中。

生物薄膜(英語:biofilm)又稱生物幕[1]生物被膜生物膜菌膜,是黏附於特定載體上,無恆定結構的膜樣微生物群落聚生體,集落複合體);此薄膜厚度小於1mm,通常介於100~200μm。會形成生物薄膜的微生物可為:細菌、真菌、藻類、原生動物和後生動物,其依靠自身產生的胞外聚合物吸附於外界環境表面(可為惰性表面或生物表面),並將其自身包繞其中,屬一種微生物適應自然環境以利於生存的一種生命現象。

胞外聚合物(extracellular polymeric substance,EPS)是微生物本身製造具黏性和保護作用的高分子量細胞外基質[2],通常堆積在細胞的外圍,主成分為多醣,另含纖維蛋白脂蛋白腐植酸核酸等生物有機成分。

重要性

[編輯]
一個魚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

[編輯]

生物膜中的細菌和游離細菌有很多不同點:

  • 生物膜中的細菌對抗生素過氧化氫或者去污劑的抗性可比游離細胞高400倍。
  • 透過二維蛋白質電泳,發現生物膜中的細菌可能高達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

[編輯]

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,管道可用於生物膜內部的細菌交換物質。生物膜中,構成底層和表層的細菌種類和比例也不同。

生物膜的細胞可透過群體感應調整自身的生理狀況。

形成

[編輯]
生物薄膜的形成過程5個步驟。

生物膜的形成有以下步驟[3](見右圖):

  1. 初始附著期:細菌的可逆附著(秒)
  2. 不可逆附著期:細菌的不可逆附著,胞外聚合物(EPS)的產生,改變被附著表面的特性,使其更易被附著(秒~分)
  3. 成熟一期:細菌的生長和分裂,生物膜開始形成(小時~天)
  4. 成熟二期:生物膜厚度增加且菌落擴大(小時~天)
  5. 散布期:菌落內部細菌過密,生物膜破裂釋放細菌,進而擴散開來,往外形成新的附著點(天~月)

特性

[編輯]
黃石國家公園的生物薄膜。最長的凸起墊子區域占有約半米長。
俄勒岡州米奇溫泉英語Mickey Hot Springs流出的嗜熱細菌生物薄膜,約20毫米厚。

生物薄膜通常發現於浸沒在或暴露於水性溶液中的固體底物,儘管它們可以在液體表面形成浮動墊還可以在樹葉片的表面上形成,特別是在高濕度的氣候。如果有足夠的增長資源,生物薄膜會迅速成長為宏觀的(肉眼可見的)。生物薄膜可以包含許多不同種類的微生物,例如,含有細菌古菌原生動物真菌藻類;每組種類的微生物執行專業化的代謝功能。然而,一些微生物在特定條件下會形成單一物種的生物薄膜。生物膜內的社會結構(合作,競爭)高度依賴於存在的不同物種。[4]

防止

[編輯]

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:

  • 加入群體感應中誘導物的相似物質從而抑制群體感應

參見

[編輯]

參考文獻

[編輯]
  1. ^ 存档副本. [2023-07-09]. (原始內容存檔於2023-07-09). 
  2. ^ 存档副本. [2021-05-29]. (原始內容存檔於2021-07-23). 
  3. ^ Monroe D. Looking for chinks in the armor of bacterial biofilms. PLOS Biology. November 2007, 5 (11): e307. PMC 2071939可免費查閱. PMID 18001153. doi:10.1371/journal.pbio.0050307. 
  4. ^ 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.