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1、细菌生物被膜相关机制的研究主要内容一、细菌生物被膜的结构特点二、细菌生物被膜的形成机制三、细菌生物被膜抗药性机制四、细菌生物被膜的研究技术五、细菌生物被膜的相关治疗方法一、细菌生物被膜的结构特点生物被膜（biofilm）：指细菌自身产生的外部多糖基质、纤维蛋白质、脂蛋白等包裹着的菌细胞的结构。结构：由外到内依次为：①生物被膜层（bulkofbiofilm）②连接层（linkingfilm）③条件层（conditioningfilm）④基质层（substratum)化学组成•水分（97%）——是生物膜的生命
2、线！•胞外多糖（EPS）•吸附的营养物质及代谢产物、细菌裂解物•蛋白质、DNA、RNA生物被膜内部细胞获得营养的途径：一、位于生物被膜中心或底部的细胞处于静止状态，减少对营养物的需求；二、生物被膜中保持水流通道，增加生物被膜的表面积和对流转运能力；三、菌体从生物被膜上脱落，释放出小块生物被膜和单个细胞，从而获得更多的营养。二、细菌生物被膜的形成机制1.生物被膜的形成过程2.生物被膜形成的相关基因3.生物被膜的调控机制1.生物被膜的形成过程（1）粘附（adherence）：当无菌的医用植入器材(多为生物材料
3、多聚物)植入体内之后，其表面立即被唾液、血液、尿液及胃肠道内黏液等各种体液包围，各种糖蛋白、粘多糖、金属离子和其它成分会在数分钟内渗透并吸附到其表面，形成条件膜。条件膜象网一样覆盖基质表面，使细菌到达时能够看见膜的成分，并进一步吸附其上。钠、镁等阳性金属离子便常常作为带负电的细菌和带负电的物体表面(自然界多数表面都带负电)连接的桥梁。细菌有多种粘附表面的策略：1.细菌外膜蛋白与特定材料表面的结合具有高度亲和性。这种策略的局限性在于细菌必须和表面之间的距离足够近,才能使外膜蛋白起到粘附作用。2.利用游离细菌
4、产生的粘性长链胞外多糖协助起始吸附。虽然这种粘附作用的特异性较低,但是利用多糖的长度优势,可以克服细菌与疏水表面之间的静电排斥力,细菌分泌的多糖通常具有多种化学官能团,能够与疏水表面之间产生共价键、氢键、疏水作用力和静电引力以促进吸附。3.运动细菌还具有其它的吸附策略,鞭毛和IV型菌毛等都具有粘性末端,它们也可以与胞外多糖一起完成细胞和疏水表面的粘附。（2）增值（accumulation）已黏附的细菌通过分裂，使生物膜增厚，并分泌细胞外基质，将细菌包裹在内，同时形成通道与空隙供细菌进行物质代谢与信息交流。
5、参与此过程的细菌表面物质主要有胞外多糖,蛋白质，磷壁酸和细胞溶解所产生的细胞外DNA等。细菌为适应自然环境而产生的变化：增加对紫外线的抗性、遗传交换效率、降解大分子物质的能力以及增加二级代谢产物的产率等。也正是BF细菌的这些特性导致了严重的临床问题。（3）成熟（maturation）成熟的BF形成高度有组织的结构，利用激光共聚焦显微镜观察到成熟BF结构是不均匀的，即具有不均质性，它是由类似蘑菇形状的微菌落组成的，在这些微菌落之间围绕着输水通道，可以运送养料、酶、代谢产物和排出废物等。因此，有人将成熟的BF
6、内部结构比喻为原始的循环系统。当细菌在增殖时可因菌种、营养、附着的表面和环境条件不同，形成疏松或致密以及厚薄不等的BF结构。在BF成熟过程中，细菌的密度感应系统起着非常重要的作用。例如，铜绿假单胞菌的密度感应系统突变株，与野生菌株相比，其形成的BF较薄，缺少复杂的结构，且抗性较差。革兰阴性细菌的密度感应系统大多是利用N2酰基高丝氨酸内酯(N2acylhomoserinelactones,AHL)作为信号分子，AHL浓度随细菌密度的增加而上升，当AHL达到一个阈值时，可与一种转录激活子结合而激活，AHL和转
7、录激活子复合物进一步诱导靶基因的表达。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BF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的缺乏。研究发现与细菌生物膜形成有关的密度感应系统主要有以下三类:(1)酰基高丝氨酸环内酯(AHL)密度感应系统:存在于革兰氏阴性菌中，其自诱导物为AHL类分子。LuxI蛋白是AHL合成酶，脂肪酸在LuxI蛋白作用下合成为AHL-LuxR是AHL的受体,是一种转录调节蛋白。AHL可以自由通过细菌胞膜，当细菌周围环境中AHL的
8、浓度达到一定阈值后，就会激活细菌内的LuxR蛋白,形成AHL-LuxR复合物，通过细菌内的生化反应作用于目的基因，启动目的基因的转录。(2)自诱导肽(autoinducingpeptides,AIPs)密度感应系统:存在于革兰氏阳性菌中,其自诱导物是AIPs,是细菌合成的氨基酸或寡肽。细菌分泌到胞外的AIPs浓度随细菌密度的增加而升高,当AIPs的浓度达到一定阈值时,就会激活细胞膜上的受体组氨酸蛋白激酶,使之自动磷酸化,组氨酸
