细菌生物膜在临床中的研究进展

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1、细菌生物膜在临床中的研究进展【摘要】细菌生物膜是细菌在生长过程中附着于物体表面而形成的由细菌细胞及其分泌的含水聚合性基质(主要为胞外多糖)等所组成的膜样多细菌复合体。生物膜是细菌适应生存环境而形成的与游走态细胞相对应的存在形式，它具有很强的抵抗机体免疫和抗生素的能力，在临床上形成难治性感染。结合近年来的研究成果，介绍了生物膜的形成、基因调控、检测，讨论了其致病和耐药的机制以及防治等方面的问题。【关键词】细菌生物膜；慢性感染；综述　　在临床上我们常发现一些患者，尤其是一些慢性病(如心内膜炎、尿路感染、慢性阻塞性肺部

2、疾病等)及一些体内留置治疗装置的患者，细菌感染后很难根除，即使实验室分离出致病菌，并找到敏感的抗生素应用于治疗仍起不到应有的疗效，经多年研究发现，这很多是由细菌生物膜(bacterialbiofilm，BBF)引起的。生物膜广泛的存在于含水和潮湿的各种表面上，包括自来水管道、下水道、热交换系统甚至病理状态下的人体等，腐蚀工业管道，污染与人类生活相关的设施，造成很大的经济损失，也是医学感染的重要根源，据估计，大约65％的人类细菌性感染与BBF有关。因此，对BBF的研究日益受到人们的关注，在此我们就医学领域对BBF的

3、研究进展综述如下。1细菌生物膜细菌生物膜的概念细菌生物膜是指细菌在生长过程中附着于物体表面而形成的由细菌细胞及其分泌的含水聚合性基质(主要为胞外多糖)等所组成的膜样多细菌复合体。细菌生物膜是细菌为适应自然环境而形成的特殊存在形式，它是与游走细胞相对应的存在形式，绝大多数细菌在进化过程中逐渐形成了精细的粘附机制，分泌基质并相互粘连形成膜状物附着于病灶表面，从而形成生物膜的复杂团体，并借信号分子相互交流以协调他们的行为，其生化组成为藻酸盐多糖和蛋白复合物，其基本结构由蘑菇样或柱样亚单位组成，亚单位分为头部、颈部、根部

4、三部分，各部分之间形成水通道，完成各种运输功能，维持膜内细菌生存需要。1．2细菌生物膜的形成自然界中，细菌生物膜可由单一菌种形成，也可由多菌种共同形成，只要条件适宜，任何细菌均可形成生物膜。不同菌种形成生物膜的能力不同，人体内一些条件致病菌，如铜绿假单胞菌、表皮葡萄球菌、大肠埃希氏菌等更易形成生物膜。生物膜的形成过程大致分为以下几个阶段，粘附：浮游细菌接受环境信号通过自身的结构如鞭毛、纤毛等与周围组织或材料表面发生特异性结合，粘附其上；生长：细菌生长、分裂、繁殖，其他游走性细菌继续附着，同时细菌分泌胞外多糖(EP

5、S)，形成微菌落；成熟：多个微菌落互相融合继续发展，形成彼此之间有液体通道相连的成熟的细菌生物膜；播散：成熟生物膜部分脱落或释放浮游细菌，这些浮游菌遇适宜表面继续附着、发展、成熟，形成循环往复，因此生物膜的形成是一个动态过程。1．3细菌生物膜的信息传递和基因调控在生物膜内，细菌之间通过信号传递分子实现信息传递。国外学者研究证实，BBF成熟过程中，细菌的密度感应系统［1］(quorumsensingsystem)发挥着重要作用。如铜绿假单胞菌有LasR-LasI及Rh1R-Rh1I信号系统，LasI基因产物调节胞外

6、信号物质3-氧十二酰-L-高丝氨酸内酯(3OC12-HSL)的合成，细菌繁殖达到一定量，此物质便积累到阈值，即可启动LasR基因，该基因的产物反过来促进LasI基因表达3OC12-HSL。若此系统被破坏，则不能形成成熟生物膜，Rh1I产物诱导产生胞外信号N-丁酰-L-同型丝氨酸内酯，而此胞外信号在Rh1R基因产物激活毒性基因、RpoS基因的表达过程中是必须的［10］。革兰阴性细菌的密度感应系统大多是通过酰化高丝氨酸内酯(AHL)这一信号分子的浓度来调节群体的行为，它与细菌密度正相关，当达到阈值时可与一种转录激活子

7、结合激活形成复合物诱导靶基因的表达。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BBF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缺乏，使单个浮游的单核细胞统一步伐，像多细胞的真核细胞有机体那样有组织的共同对外界环境的刺激做出反应，增强了细菌群体的生存能力。环境因子亦能调节生物膜的形成。如表皮葡萄球菌的形成受环境中高渗(NaCl)或乙醇的影响［6］，NaCl通过RsbU蛋白激活SigB，SigB进而激活icaADBC转录而促进生物膜形成。乙醇与其不同，乙醇抑制

8、icaR(icaADBC的阻遏蛋白)转录导致icaADBC转录增加促进生物膜形成。icaADBC控制多糖胞间粘附素(PIA)的形成，PIA是生物膜形成必需的。细菌生物膜中的细菌基因表达异于一般浮游菌，不同部分大约占到1％，如铜绿假单胞菌中一种噬菌体的基因高度表达，推测这种基因具有编码细菌毒素蛋白的功能。生物膜中另一种基因ropS表达被抑制，推测其影响膜的生态结构及对抗生素