细菌生物膜的新概念：分子机制和控制策略

Molecular Mechanisms and Control Strategies

作者：Sabu Thomas, Divya M. Prabhakaran, Lekshmi Narendrakumar, Karthika Suryaletha,

Devika J. Das

出版：Cambridge Scholars

索书号：Q73/E53/2020/Y

ISBN: 978-1-5275-4261-7

藏书地点：武大外教中心

在自然界中，细菌在自由游动的单细胞阶段(浮游阶段)和固着的多细胞形式(称为生物膜)之间交替。生物膜是一种表面相关的微生物群落，包裹在自我产生的基质中，允许附着在惰性或有机表面。在生物膜中，固着细胞以一种协调的方式生活，有利于它们的增殖以及成功的扩散和新生态位的定植。细菌在生物膜中的行为非常不同，与浮游生物相比，它们有完全不同的生理和遗传过程。大多数寄生在人体上的微生物能够形成生物膜，增强毒性和抗菌素耐药性，导致持续的慢性感染，通常与使现有治疗机制复杂化的医疗植入物有关。利用新兴和复杂科学的新研究已经解剖了生物膜的结构，以及支持其发展的遗传、生理和信号转导途径。

细菌生物膜（或称细菌生物被膜 Bacterial biofilm，BF），是指细菌粘附于接触表面，分泌多糖基质、纤维蛋白、脂质蛋白等，将其自身包绕其中而形成的大量细菌聚集膜样物。多糖基质通常是指多糖蛋白复合物，也包括由周边沉淀的有机物和无机物等。细菌生物被膜是细菌为适应自然环境有利于生存的一种生命现象,由微生物及其分泌物积聚而形成。

细菌生物被膜广泛存在于各种含水的潮湿表面上，例如食品、食品加工设备、自来水管道、工业管道、通风设备、医疗器械甚至病理状态下的人体组织器官表面等，是由附着于惰性或活性实体表面的细菌细胞和包裹细菌的水合性基质所组成的结构性细菌群落。细菌生物被膜是细菌粘附表面生活时所采取的一种生长方式，一般由多菌种构成。根据细菌在BF内位置不同可分为：游离菌、表层菌和里层菌。游离菌与表层菌比较相似，它们相对容易获得营养和氧气，代谢通常比较活跃，菌体较大；而里层菌被包裹于多聚糖中，其养料的获取及代谢只能通过周围的间质水道进行，代谢率较低，多处于休眠状态，一般不进行频繁地分裂，菌体较小。John R.Lawrence 等在研究生物被膜结构中应用激光共聚焦扫描显微镜技术首次发现BF 呈独特的三维结构：细菌在生物被膜中只占不足1/ 3，其余部分均是细菌分泌的粘性物质和胞外多糖。BF 中水分含量可高达97%，除水和细菌外BF中还存在各种生物大分子如蛋白质、多糖、DNA、RNA和磷脂等。

据专家估计，几乎所有的细菌在一定条件下都可以形成生物被膜。沙门氏菌、大肠杆菌、李斯特菌、金黄色葡萄球菌等为易导致食源性疾病的常见病原菌，存在于空气、水、灰尘或人和动物的排泄物中，食品受其污染的机会较多

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。细菌一般不在液体中形成生物被膜，但当含有营养成分的液体被细菌污染后，液体流经的物体表面（有无生物活性均可）就可以形成生物被膜。细胞沉积在固体表面以后，特殊的细胞表面结构（小纤维和聚合体）会将细胞与固体表面牢固的连接在一起。因此附着材料表面的粗糙度与生物被膜的形成密切相关，表面越粗糙越有利于细菌的粘附，可促进BF 的形成，反之，表面越光滑，粘附难以发生不利于BF 的形成。此外，附着材料表面的化学组成、临界张力、表面能、亲水/疏水性、表面电荷等对细菌黏附的影响也比较大，它们决定了血浆蛋白吸附种类，而这些蛋白是决定细菌黏附的重要因素。且附着材料表面有许多能与细菌细胞分子和元素发生作用的结合位点，细菌通常粘附到有趋向浓缩营养物和表面产生刺激增生的自由能所在部位。Kristinsson 等用聚氨甲酸乙酯接枝其它亲水性材料，使聚氨甲酸乙酯表面呈亲水性，细菌粘附现象明显减少。

最近宏基因组学研究的激增揭示了生物膜内微生物种群的复杂性，医学微生物学家已经开始认识到混合物种生物膜在感染中的普遍存在和参与。我们刚刚开始了解多微生物生物膜的表面，以及“容纳”无数物种的紧绷基质的特性;然而，我们对这些群落中影响抗生素耐药性和致病性的复杂相互作用和动态感到敬畏。它们对宿主免疫反应的影响，以及开发合适的动物模型来研究多微生物生物膜，将是改进治疗方法和确定疾病控制新靶点的基石。

《细菌生物膜的新概念：分子机制和控制策略》一书于2020年由Cambridge Scholars出版，作者是Sabu Thomas, Divya M. Prabhakaran, Lekshmi Narendrakumar, Karthika Suryaletha及Devika J. Das。本书提供一个更广泛的框架，而不仅仅是科学信息，展示了对细菌的理解的巨大飞跃，从它们被认为是液体培养中的浮游生物的时代，到现在对这些微生物的欣赏，它们在基质中形成功能复合物，即生物膜。

《细菌生物膜的新概念：分子机制和控制策略》一书共分为11个章节，集中在医疗保健设置的生物膜的临床含义和抑制和控制细菌生物膜的新兴策略。开篇详细介绍了细菌如何通过群体感应彼此沟通来精心制作生物膜，临床医生在治疗和管理顽固的、耐抗生素的生物膜感染所面临的挑战，以及细菌耐受性和持久性的机制。下一章介绍分枝杆菌生物膜的奇妙世界，从超结构到GroEL1和霉菌酸在促进生物膜形成方面的有趣作用。随后的章节强调了新的方法，如纳米技术，以抑制或破坏生物膜，以及详细阐述了细菌之间的相互作用，以利用-治疗生物膜相关感染的潜在靶点。最后，本书深入研究了用于破译生理、生物膜的结构和组成的尖端技术，突出了几种方法的优点和局限性。

细菌生物膜与宿主-病原体相互作用的相关性，如宿主组织的定植、致病性、疾病传播、对宿主免疫反应和药物的抗性，仍然是微生物学家和临床医生关注的主要问题。《细菌生物膜的新概念：分子机制和控制策略》一书及时提供了关于生物膜的引人入胜的见解，阐述了它们是如何形成及如何控制的分子机制，以及被认为是与医疗植入物和假肢相关的感染的重要因素。满足了重要的需要，理解和发展新的策略，以解决问题的细菌毒性和耐药性的背景下的生物膜，而这项全面的工作建立在Sabu研究霍乱弧菌20多年经验的坚实基础上。

总的来说，《细菌生物膜的新概念：分子机制和控制策略》一书讨论了生物膜相关感染的临床意义，以及利用研究生物膜的结构和动力学的技术、新兴的组学方法来描述了微生物相互作用和对抗生物膜相关感染的策略。作为生物学领域的前沿书籍，该书对于任何对生物膜生物学的浓厚兴趣的学生和研究人员来说，都是一本参考指南。

本书目录：

前言：RGCB主任负责

前言

致谢

第一章了解主要革兰氏阴性和革兰氏阳性病原体生物膜形成的机制，特别是群体感应

Diana E. Waturangi, Yogiara, Stella Magdalena

第二章生物膜产生的微生物和发展中国家的临床意义

Ritu Amatya, Shiba Kumar Rai

第三章临床生物膜：卫生保健相关感染及其耐药性的挑战前沿

Mamatha Ballal, Suganthi Martena Devadas.

第四章了解生物被膜菌对抗生素的不良反应及多药耐药和持续细胞的影响

Regina Sumitha Mohanra, Gopichand Pallam, Jharna Mandal

第五章分枝杆菌生物膜的形成及其在耐药中的作用研究进展

Krishna Kurthkoti

第六章研究LuxR/LuxI系统群体感应电路的药物靶点

Vinothkannan Ravichandran, T. Gopala Krishnan, Adline Princy S

第七章海洋天然化合物-对抗生物相关感染的紧迫策略

Hema Bhagavathi Sarveswari, Adline Princy S

第八章益生菌治疗生物膜相关感染

Yamini Rakesh Nikhariya, Javati Ray Dutta

第九章管理生物膜相关和设备中心感染的纳米技术进展

Shiji Mathew, Aswathy Jayakumar, Radhakrishnan EK

第十章微生物友敌之间的社会网络：靶向生物膜内多微生物相互作用的治疗潜力

Naresh Patnaik, Neha Ravindra Ashtikar, Ruchi Jain Dey

第十一章生物膜研究的最新技术：从静态到实时模型

Karthika Suryaletha, Lekshmi Narendrakumar, Akhilandeswarre Dharmaprakash, Devika Das J, Aparna Shankar, lype Joseph, Sabu Thomas

邹娟武大生科院博士研究生