生物薄膜

生物薄膜，也称作“生物膜”或“菌膜”，是一些微生物细胞由自身产生的胞外多聚物基质（主要为多糖）所包围而形成，且附着在浸有液体的惰性或生物表面的，具有结构的群落。

重要性

生物膜在医学、工业和生态上都具有重要意义。

在医学中，人类大约65%的细菌性疾病有生物膜参与。如在口腔中，牙齿表面的生物膜可形成牙菌斑、龋齿和牙龈感染。生物膜也可导致器官移植后（如心脏起搏器）的感染。空调中的退伍军人菌（Legionella pneumoniae）形成生物膜可导致退伍军人病。绿脓杆菌(Pseudomonas aeruginosa)在肺部感染的形成囊性纤维变性、肺结核、尿路感染、呼吸道感染和大约25%的肾结石也是由生物膜造成的。

输油管道中形成的生物膜会严重影响管道输送能力。

特点

生物膜中的细胞和游离细胞有很多不同点：

• 生物膜中的细菌对抗生素、过氧化氢或者去污剂的抗性比游离细胞高可达400倍。
• 通过二维蛋白质电泳，发现生物膜中的细菌可能表达40%和游离细胞不同的蛋白。
• 生物膜中的细菌可以不分裂而维持生存（休眠）很长时间。
• 生物膜中的生物合成更多的向外分泌的多糖，并进行不同的次级代谢。
• 生物膜中的细菌对外界环境条件改变（如pH、离子浓度、渗透压、黏度、营养、气体交换）作出的反应更迅速。

结构

生物膜体积的90%由聚合物基质或水管道构成。生物膜具有结构而非均一，管道可用于生物膜内部的细菌交换物质。生物膜中，构成底层和表层的细菌种类和比例也不同。

生物膜的细胞可通过群体感应（quorum sensing）调整自身的生理状况。

形成

生物膜的形成有以下步骤：

1. 细菌的可逆吸附（秒）
2. 细菌的不可逆附着，改变被附着表面的特性，使其更易被附着（秒~分）
3. 细菌的生长和分裂（小时~天）
4. 胞外聚合物的产生，生物膜开始形成（小时~天）
5. 其他生物在生物膜上的附着（天~月）

防止

为防止某些情况下的生物膜形成，有如下办法：

预防性：

• 防止营养物沉积
• 特殊的表面使细菌无法附着（“荷叶效应”）

物理方法：

• 超声
• 高电压
• 磁场

化学方法：

• 抗生素
• 去污剂
• 过氧化氢
• 螯合剂（如EDTA）

生物调控方法：

• 加入群体感性中诱导物的相似物质从而抑制群体感应

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