细菌生物膜是微生物界一种普遍存在的生存策略,也是医学和工业领域面临的重要挑战。当细菌聚集并分泌胞外聚合物基质时,便会形成这种结构复杂的微生物群落。这种膜状结构为细菌提供了强大的保护,使它们对抗菌剂和环境压力具有惊人的抵抗力。
细菌生物膜是细菌为了适应环境而形成的结构化群落。这些微生物细胞彼此粘附,并附着于生物或非生物表面,嵌入自身分泌的胞外聚合物(EPS)基质中。这种基质主要由多糖、蛋白质和核酸组成,形成了一个保护性的三维结构。
生物膜的形成不是随机的,而是一个高度调控的过程,涉及细菌间的信号交流(群体感应)。这种生活方式与浮游(自由漂浮)细菌截然不同,赋予了细菌显著的生存优势。
生物膜发育是一个动态过程,通常包括以下几个阶段:
生物膜相关的感染是临床医学中的严重问题,主要原因包括:
增强抗生素耐药性:生物膜基质限制抗生素渗透,同时膜内细菌代谢活性低,对抗菌药物敏感性显著降低,耐药性可提高10-1000倍。
持续感染源:生物膜难以彻底清除,可能导致慢性或反复感染,如囊性纤维化患者的肺部感染、慢性伤口感染和医疗器械相关感染。
医疗设备相关感染:导管、人工关节、心脏起搏器等植入医疗器械表面形成的生物膜是医院感染的重要来源。
牙科问题:牙菌斑是典型的生物膜,导致龋齿和牙周病。
检测技术:
治疗策略:
预防生物膜形成比清除已形成的生物膜更为有效:
当前研究聚焦于:
细菌生物膜代表了微生物生存的复杂形式,对其深入研究不仅有助于解决临床感染问题,也为工业生物污染控制提供了科学依据。随着多学科方法的融合,未来有望开发出更有效的预防和治疗策略,应对这一持久性挑战。