生物薄膜





Disambig gray.svg  本文介紹的是一种由微生物形成的膜。關於细胞结构，請見「生物膜」。








金黃色葡萄球菌生物膜，在留置导尿管中。


生物薄膜（英语：biofilm），也称作“生物膜”或“菌膜”，是一些微生物細胞由自身產生的胞外多聚物基質（英语：Extracellular polymeric substance）（主要爲多糖）所包圍而形成，且附著在浸有液體的惰性或生物表面的，具有結構的群落。




目录






  • 1 重要性


  • 2 特點


  • 3 結構


  • 4 形成


  • 5 特性


  • 6 防止


  • 7 参见


  • 8 参考文献





重要性




一个鱼缸的表面上的彩虹色生物薄膜。


生物膜在醫學、工業和生態上都具有重要意義。


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


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比游離細胞可高達400倍。

  • 通過二維蛋白質電泳，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


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。


生物膜的細胞可通過群體感應調整自身的生理狀況。



形成




生物薄膜的形成过程5个步驟。


生物膜的形成有以下步驟（见右图）：



  1. 細菌的可逆吸附（秒）

  2. 細菌的不可逆附著，改變被附著表面的特性，使其更易被附著（秒~分）

  3. 細菌的生長和分裂（小時~天）

  4. 胞外聚合物的產生，生物膜開始形成（小時~天）

  5. 其他生物在生物膜上的附著（天~月）



特性




在黄石国家公园的生物薄膜。最长的凸起垫子区域占有约半米长。




在俄勒冈州米奇温泉（英语：Mickey Hot Springs）流出的嗜热细菌生物薄膜，约20毫米厚。


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。[1]



防止


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：


  • 加入群體感性中誘導物的相似物質從而抑制群體感應


参见




  • 红茶菌

  • 疊層石



参考文献





  1. ^ 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. 






规范控制


  • AAT: 300379570

  • NDL: 01168854



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