Biomembrane Simulations——Computational Studies of Biological Membranes

索书号：Q73-39/B615/2020/Y

ISBN：9780367779641

藏书地点：武大外教中心

生物膜(Biofilm)是细菌通过分泌细胞外粘性聚合物粘附于载体表面而形成的自组织结构化细菌群落。在澳大利亚发现的生物膜化石可以追溯到35亿年前，证明生物膜是地球上最古老的生命存在形式，同时生物膜也是地球上分布最广泛的生命存在形式。生物膜可由单一菌种，往往是多菌种形成。由于它的复杂性和特殊化,我们可以把生物膜看作一个巨大的有着不同组织层次的熙熙攘攘的细菌城市。生物膜在自然界和生活中广泛存在，只要存在水分、营养物质和粘附表面，生物膜即可生存，诸如在牙齿表面、水槽表面、船体表面或海洋和湖泊的气液表面都有生物膜的形成。生物膜与人类的生产和生活息息相关，生物膜的形成在人类健康、水污染、设备腐蚀和能源损失等方面每年给人类造成巨大损失，生物膜还可能在食品加工过程中造成食品污染以及降低通风和空调系统使用效率。同时，生物膜是自然环境的重要组成部分，也有对自然环境有利的一面。

数代的微生物学家都只研究浮游状态的微生物细胞，然而近几十年的研究表明细菌偏向于粘附于载体表面而形成生物膜。生物膜具有能应对外界刺激的复杂结构,其内部细菌在生长特性和生存策略上远超过其同种类浮游状态的细菌。例如，生物膜内细菌对抗生素的抵抗能力是相应浮游细菌的1000倍。生物膜的特性和生物物理行为复杂性需要多种学科领域(生物化学、生物工程、数学和微生物学）交叉研究。近30年来，随着相关学科的发展和人们对生物膜在环境、医疗、能源等领域的重要性的认识，生物膜的研究得到大力支持和迅速发展。1990年在美国蒙大拿州立大学成立了世界上第一个生物膜工程中心，世界各国在近几年也投入越来越多的生物膜相关研究基金。

生物膜的形成与人们的生产生活息息相关。据统计，约65%的细菌性感染是由于生物膜的形成引起。细菌以生物膜的形式在牙齿、伤口表面、呼吸道粘膜和消化道中大量繁殖;生物膜也可以在导尿管，心脏起搏器以及心血管支架上形成而引起患者感染。工业管道内形成的生物膜能堵塞和腐蚀管道，比如在金属表面粘附的硫杆菌（Acidithiobacillus）能够产生硫酸而造成金属的严重侵蚀。此外，生物膜的形成还可以污染供水、排水系统和食品加工设备，从而造成饮用水和食品污染或降低这些设备使用寿命。据统计，生物膜每年在能源浪费、设备腐蚀、环境污染和医疗感染等方面造成几十亿美元的损失。与此同时，由于生物膜生长可以吸收和转换大量的有机物质，生物膜在土壤污染生物修复和污水处理等方面具有巨大的应用前景，生物膜也被广泛应用到生物浸矿。因此，生物膜的研究很快成为了生物学、医药学和环境科学等领域的重要课题。

治疗生物膜相关的感染性疾病、防治管道内生物膜堵塞和腐蚀以及提高生物膜处理污水系统效率很大程度上依赖生物膜的形成及其生长动力学过程。生物膜生长动力学涵盖生物膜生长过程中其内部物质传递、吸收和生长速率以及随时间演化形貌的非平衡动态体系。近三十年来，己有大量研究围绕生物膜的形成、生长、形态和结构以及动力学特性等进行理论、实验、数学建模和数值模拟等研究，为生物膜生长动力学提供了实验和理论支持。生物膜生长动力学研究已经成为生物膜领域的热点,来自各国不同学术背景的学者发展了许多不同的数值模型来研究生物膜生长过程。本文采用数值模拟和实验结合研究生物膜生长过程中营养传递、形貌演化和生长限制机理等。

《生物膜模拟——生物膜的计算研究》一书于2020年由CRC Press出版社出版，作者是Max L. Berkowitz。生物膜是允许生命存在的最复杂的结构之一。它们不仅作为一种有效的结构屏障，隔离和保护内部环境与外部环境，而且在磷脂、胆固醇、蛋白质和碳水化合物等各种功能大分子的帮助下，提供了重要的生物活性区域。近年来，计算机模拟已经被越来越多地应用到生物膜的研究中，以探索这些分子在空间和时间尺度上的复杂相互作用。本书提供了关于生物膜特征的信息，并介绍了生物膜计算研究的最新进展。

本书作为研究生物膜的专业书记，内容专业详实，语言浅显易懂。适合在大学课程中学习生物膜的计算模拟或感兴趣的读者阅读。

除此之外本书还有以下特点：

1、本书不仅介绍了生物膜的理论知识，还阐述了计算模拟研究生物膜的进展，使读者能够更加全面的了解该领域的专业知识。

2、索引文献丰富，证明了这本书的知识性，真实性。而且，这些索引文献绝大部分都是最新研究，让读者全面了解该领域的前沿进展。

3、在本书的最后，将出现的专业词汇都罗列出来，大大方便了大家在阅读过程中对生物膜研究的专业术语的认知。

4、本书最鲜明的特点就是图片生动形象，语言浅显易懂，语言介绍的同时，附上可以说明问题的图片，使得生物膜模拟相关专业知识变得简单易读，对初学者有很大的帮助。

本书目录

1. 生物膜模拟力场

2. 自组装脂膜的微观粒子模型

3. 膜流动过程的连续介质弹性描述

4. 生物膜直接的水分

5. 脂膜间短程相互作用的模拟方法

6. 脂质膜中孔隙形成的自由能计算

7. 膜迁移的自由能计算

8. 分子穿透膜的理论与算法

9. 纳米颗粒与生物膜的交互

10. 含全身麻醉药的膜的模拟

11. 混合脂质双分子层中阳离子介导的纳米结构域形成

12. 革兰氏阴性细菌膜的分子动力学模拟

兰天武汉大学生命科学学院博士研究生