生物薄膜 - 维基百科,自由的百科全书
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生物薄膜(英語:biofilm)又称生物幕[1]、生物被膜、生物膜、菌膜,是黏附于特定载体上,无恒定结构的膜样微生物群落(聚生体,集落复合体);此薄膜厚度小于1mm,通常介于100~200μm。会形成生物薄膜的微生物可为:细菌、真菌、藻类、原生动物和后生动物,其依靠自身產生的胞外聚合物吸附于外界环境表面(可为惰性表面或生物表面),并将其自身包绕其中,属一种微生物适应自然环境以利于生存的一种生命现象。
胞外聚合物(extracellular polymeric substance,EPS)是微生物本身制造具黏性和保护作用的高分子量细胞外基质[2],通常堆积在细胞的外围,主成分为多醣,另含纤维蛋白、脂蛋白、腐植酸、核酸等生物有机成分。
重要性
[编辑]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、齲齒和牙齦感染。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
[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。
生物膜的細胞可透過群體感應調整自身的生理狀況。
形成
[编辑]![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/4/4a/Biofilm.jpg/300px-Biofilm.jpg)
生物膜的形成有以下步驟[3](見右圖):
- 初始附著期:細菌的可逆附著(秒)
- 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)
- 成熟一期:細菌的生長和分裂,生物膜開始形成(小時~天)
- 成熟二期:生物膜厚度增加且菌落擴大(小時~天)
- 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
[编辑]![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/4/45/Thermophilic_bacteria.jpg/220px-Thermophilic_bacteria.jpg)
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,真菌和藻类;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。[4]
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:
- 加入群體感應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]- ^ 存档副本. [2023-07-09]. (原始内容存档于2023-07-09).
- ^ 存档副本. [2021-05-29]. (原始内容存档于2021-07-23).
- ^ Monroe D. Looking for chinks in the armor of bacterial biofilms. PLOS Biology. November 2007, 5 (11): e307. PMC 2071939
. PMID 18001153. doi:10.1371/journal.pbio.0050307.
- ^ 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.
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