細菌生物膜

生物膜由依靠胞外產物而吸附於固體表面的微生物集落構成,並能結合有機和無機成分;形成包含複雜的理化過程和生物群落的相互作用。生物膜系統是真核細胞特有的系統,由細胞器膜,細胞膜和核膜構成,這些生物膜的組成成分和結構相似,結構和功能密切相關,表現著協調統一性。

簡介

是指正常菌群與上皮細胞表面受體結合而黏附,並分泌胞外多糖聚合物,使細菌以非常精細的方式相互粘連,形成的膜狀物,能發揮屏障和占位性保護作用,使外來病菌不能定植而通過侵入門戶侵襲機體。

通過對微生物在固體表面定植中起支配作用的特殊現象進行了大量研究,逐漸認識到這些微生膜的形成包含複雜的理化過程和生物群落的相互作用。

在海洋環境中,所有類型的表面,如岩石、植物、動物和裝配式結構都可能被生物膜侵占。

內容

細菌的生理特性受到種群密度及與其他微生物相互作用的極大影響,而附著性是其顯著特徵之一。生物膜的生理學研究今年取得重大突破。很大程度是由於套用雷射共聚焦掃描顯微鏡(CLSM)和螢光原位雜交(FISH)技術的結果。單種的細菌的生物膜形成過程被認為是一種向多細胞生活方式發展的形式(有研究者將之比作組織)。有機分子(主要是多糖和蛋白質)會在幾分鐘的之內復蓋於任何置於海水中的物體表面,形成一層臨時性膜。細菌在物體表面定植的起始步驟,通常包括細菌向物體表面的移動和微粘度的改變,而微粘度的改變會引起細菌在靠近表面時移動性下降。這時細菌在靜電引力和范德華力的作用下,會短暫、可逆地趨向表面。通過構建生物膜缺陷型突變的遺傳學研究發現,細菌為了與其他細菌接觸以形成微菌落,其通過表面的運動非常重要,而細菌的運動主要歸功於鞭毛和Ⅳ型纖毛。細菌在與物體表面的接觸過程中,經歷了細胞形態和鞭毛合成的巨大變化,這牽扯到基因表達調控的巨大變化。細菌一旦固著,其鞭毛合成可能完全被抑制。特定的基因表達與底物的性質密切相關。

附著後,最重要的生長變化是胞外多聚物(EPS)的大量表達。這些多聚物提供了一個堅固而有黏性的骨架,將細胞固定在一起。胞外多聚物的化學和物理特性是多變的,其特性和分泌量取決於細菌的種類、特定底物的濃度及環境條件。絕大多數的胞外多聚物為多聚陰離子。胞外多聚物通常以相互交叉的長鏈形成的複雜結構包圍著細胞(糖被)。賦予生物膜以剛性與柔韌性。生物膜一旦建成,細菌排列密集且其代謝轉換為產生胞外多聚物,因此細胞代謝活躍,但是以很低的速度分裂。

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