细菌生物被膜的形成过程原理
一般认为生物被膜的形成过程分为4 步:条件膜的沉积；细菌的初始到达及吸附；生长繁殖；生物被膜形成。当无菌的医用植入器材(多为生物材料多聚物)植入体内之后, 其表面立即被唾液、血液、尿液及胃肠道内黏液等各种体液包围,各种糖蛋白、粘多糖、金属离子和其它成分会在数分钟内渗透并吸附到其表面, 形成条件膜。条件膜象网一样覆盖基质表面, 使细菌到达时能够“看见”膜的成分, 并进一步吸附其上。钠、镁等阳性金属离子便常常作为带负电的细菌和带负电的物体表面(自然界多数表面都带负电)连接的桥梁。细菌到达及吸附到生物材料表面的精确机制尚在研究之中, 已有数种理论提出, 其中包括Derjag uinLandau Verwey and Overbeck(DLVO)的胶体稳定理论和热动力学理论。DVLO 理论描述了细菌到达物体表面过程中的力学变化, 并阐述了介质离子强度的影响。热动力学理论则分析液相中的细菌到达固相基质表面的过程中自由能的变化。细菌浓度、存在时间、温度、流体力学、营养浓度及表面材料的理化性质等起着正或负的影响, 细菌表面鞭毛、菌毛等附加结构也影响生物被膜的形成。细菌到达并吸附表面之后, 开始生长繁殖并进一步扩散。扩散形式包括子细胞迁移、母细胞和子细胞同时迁移及滚动繁殖等3 种, 随着细菌种类的不同而有所不同, 并影响生物被膜的结构形式。有报道表明, 细菌一到达物体表面, 其合成EPS的某些基因的转录活动就开始加强, 如绿脓杆菌是algC , algD , algU 的转录加强。细菌可能拥有接触感觉来感知物体表面, 从而启动特定基因的表达, 来合成EPS 。当细菌在EPS 的包裹下形成微群落, 并为自己创造了一个能抵抗抗菌因子和宿主免疫机制的微环境时, 就表明成熟的生物被膜形成了。此时, 生物被膜能够缓冲微环境的变化, 并通过群落间隙获得营养及排除废物。并且, 它允许多种细菌组成共同体, 形成一个协同的环境, 其中一种细菌的产物可作为另一种细菌的基质成分。
细菌在吸附于物表后如何聚集成细胞群落并协调其行为而形成生物被膜结构, 即细菌之间的信息传导机制在进一步研究中。有研究表明, 细菌间存在着数量感知系统(quorum sensingsystems), 能够感知到细菌数量的变化。酰化高丝氨酸内酯(acy lated homoserine lactones,AHLs)是革兰氏阴性杆菌间传导信息的物质之一, 它在生物被膜的最终形成中起着决定作用 。在表皮葡萄球菌中, 多糖细胞间吸附素(polysaccharide intercellular adhesin , PIA)和积累相关蛋白(accumulation-associated protein , AAP)则是两种可能的信息传导物质[2][3]。
