細(xì)菌生物被膜

1、細(xì)菌生物被膜與抗生素耐藥機(jī)制研究細(xì)菌生物被膜與抗生素耐藥機(jī)制研究王宏 d00614136“in a paper in science in 1999, we said 65 percent of all diseases in the developed world are biofilms,” costerton said. “now the nih says 80 percent. ”j. william costertoncosterton, a native of british columbia, earned his ph.d. in bacteriology in 1960 fr

2、om the university of western ontario. 細(xì)菌生物被膜廣泛存在于自然環(huán)境中。臨床上生物被膜可形成于各種植入醫(yī)療器械表面或體內(nèi)粘膜上，具有極強(qiáng)的耐藥性及免疫逃避性，是造成臨床性感染的主要原因之一！ 生物被膜使細(xì)菌對抗生素的耐藥性比浮游菌增加10-1000倍，其引發(fā)的感染只有移走植入物才能控制，增加了病人的痛苦和治療費(fèi)用！ 1990年，蒙大拿州立大學(xué)建立了世界上第一個生物膜工程中心。與人類感染有關(guān)的生物膜形成菌相關(guān)疾病齲齒牙周炎中耳炎骨骼肌感染骨髓炎心內(nèi)膜炎隱形眼鏡所致感染縫合部位感染人工心瓣膜生物膜形成菌產(chǎn)酸性g+球菌口腔g-厭氧菌嗜血流感桿菌g+球菌多種細(xì)菌和

3、真菌（混合）草綠色鏈球菌綠膿桿菌和g+球菌表皮葡萄球菌、金黃色葡萄球菌金黃色葡萄球菌和表皮葡萄球菌 細(xì)菌生物被膜的基本性質(zhì) 細(xì)菌生物被膜的形成機(jī)制 細(xì)菌生物被膜及其抗藥性機(jī)制研究 細(xì)菌生物被膜的研究進(jìn)展展望catalogs細(xì)菌生物被膜的基本性質(zhì) 1、生物被膜的含義1978年由j. william costerton首次提出 * * 生物被膜（生物被膜（biofilm）：指細(xì)菌自身產(chǎn)生的外部多糖基質(zhì)、纖維蛋白質(zhì)、脂蛋白等包裹著的菌細(xì)胞的結(jié)構(gòu)。 生物被膜是細(xì)菌的一種具有保護(hù)性的生長模式，是細(xì)胞間相互協(xié)調(diào)作用的復(fù)雜的多細(xì)胞群體，具有結(jié)構(gòu)和代謝復(fù)雜性。 形成生物被膜的黏附細(xì)菌群也可以釋放出生長迅速的浮

4、游細(xì)菌，是潛在的“菌巢”。2、生物被膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及化學(xué)成分 * * 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)marc habas的成熟生物被膜模型 由外到內(nèi)依次為： 生物被膜層（bulk of biofilm） 連接層（linking film） 條件層（conditioning film） 基質(zhì)層（substratum) 細(xì)菌被大量的胞外多糖包繞形成微菌落，各微菌落之間充滿水通道,是細(xì)菌獲取營養(yǎng)和排除代謝廢物的通道。 * * 化學(xué)組成化學(xué)組成 水分（97%）是生物膜的生命線！ 胞外多糖（eps） 吸附的營養(yǎng)物質(zhì)及代謝產(chǎn)物、細(xì)菌裂解物 蛋白質(zhì)、dna、rna 同一菌株的生物被膜和浮游生長細(xì)菌具有不同的特性。過去疫苗和

5、抗生素的研制以浮游的細(xì)菌為主要研究對象。 隨著對細(xì)菌致病機(jī)制的深入了解，人們發(fā)現(xiàn)細(xì)菌生物被膜對抗生素和集體免疫防御機(jī)制的抗性很強(qiáng)，從而導(dǎo)致了嚴(yán)重的臨床問題，尤其是慢性和難治的感染性疾病。3、細(xì)菌的群體行為 4、生物被膜的觀察研究方法 細(xì)菌生物膜的主要成分是多糖蛋白復(fù)合物。costerton等人在70年代通過掃描電鏡觀察到了細(xì)菌的生物被膜的存在。 生物被膜形態(tài)學(xué)鑒定以掃描電鏡、激光共聚焦顯微鏡觀察為主要方法。近年來，臨床微生物學(xué)研究工作者開始探索采用染料對細(xì)菌胞外多糖進(jìn)行染色，進(jìn)而觀察。例如“銀染法”鑒定生物被膜，其在普通光學(xué)顯微鏡下即可以觀察到。 利用報告基因和熒光探針可以了解生物被膜的基因表

6、達(dá)。 利用基因芯片和雙向電泳技術(shù)比較生物膜細(xì)菌和浮游菌基因表和蛋白組成的區(qū)別。白細(xì)胞游離菌細(xì)菌生物膜的形成機(jī)制條件膜的沉積條件膜的沉積 主要涉及體液中各種糖蛋白、粘多糖、金屬離子等的吸附細(xì)菌的初始到達(dá)及吸附細(xì)菌的初始到達(dá)及吸附 指在鈉、鎂等陽離子的介導(dǎo)下的細(xì)菌對植入物表面的吸附細(xì)菌的生長繁殖細(xì)菌的生長繁殖 指細(xì)菌的吸附、生長、繁殖及擴(kuò)散生物被膜的形成生物被膜的形成 細(xì)菌程序性的表達(dá)并分泌eps,不斷形成微菌落，終聯(lián)合成為成熟的生物被膜的過程。細(xì)菌的分散及持續(xù)性感染細(xì)菌的分散及持續(xù)性感染1、bf對抗生素的耐藥性機(jī)制 細(xì)菌生物被膜的屏障作用eps阻止抗生素接觸包裹于被膜內(nèi)的細(xì)菌，消弱抗生素對于膜內(nèi)

7、部菌群的殺傷效應(yīng)（如生物膜中的ahl可降解部分抗生素）細(xì)菌生物被膜的抗性機(jī)制 細(xì)菌生物被膜微環(huán)境 改變 營養(yǎng)物質(zhì)呈微梯度變化（氧氣、ph、代謝物質(zhì)、滲透壓等）類似芽孢細(xì)胞分化 狀態(tài)的形成 存在具有類似于芽孢生長狀態(tài)的分化群體，具強(qiáng)抗藥性細(xì)菌生長緩慢與應(yīng)激反應(yīng) 被膜深層細(xì)菌生長緩慢，但卻產(chǎn)生了耐藥性增強(qiáng)的應(yīng)激反應(yīng) 細(xì)菌傳感效應(yīng)（qs） 細(xì)菌生長密度或營養(yǎng)條件變化時，有菌體自身產(chǎn)生 并分泌 “信號激素”，以實(shí)現(xiàn)群體感應(yīng)，協(xié)調(diào)生長細(xì)菌群體感應(yīng)系統(tǒng)（qs, quorum sensing） * 細(xì)菌通過本身釋放的激素樣有機(jī)物自誘導(dǎo)物（ai）來交流，從而改變胞內(nèi)遺傳物質(zhì)的表達(dá)，調(diào)節(jié)細(xì)菌的生長代謝，并導(dǎo)致細(xì)

8、菌毒力、耐藥性的變化，此即被稱為“群體感應(yīng)信號系統(tǒng)”（qs系統(tǒng)）* qs現(xiàn)象是于1977年在一種海洋發(fā)光細(xì)菌中首次發(fā)現(xiàn)的，此系統(tǒng)包括ai的產(chǎn)生、釋放和檢測，通過檢測周圍細(xì)菌的密度，細(xì)菌可以通過調(diào)整相關(guān)基因的表達(dá)而實(shí)現(xiàn)群體穩(wěn)定性調(diào)節(jié)。 野生型突變株細(xì)菌生物被膜的抗性機(jī)制 2、bf的抗免疫清除機(jī)制 細(xì)菌生物被膜的屏蔽作 細(xì)菌生物被膜中，大量粘性基質(zhì)形成了一個物理屏障，是 吞噬細(xì)胞和殺傷細(xì)胞及其所分泌的酶不能對細(xì)菌產(chǎn)生攻擊 免疫復(fù)合物效應(yīng) 粘性基質(zhì)和細(xì)菌釋放出的抗原物質(zhì)刺激大量特異性抗體產(chǎn) 生，引起宿主嚴(yán)重的免疫損害生物被膜的近年研究進(jìn)展 我國相關(guān)研究課題和機(jī)構(gòu) 瞿滌 復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院 課題：內(nèi)源

9、性表皮葡萄球菌ica操縱子轉(zhuǎn)錄水平對生物膜表型的影響 課題：表皮葡萄球菌atle 蛋白介導(dǎo)生物膜起始黏附的相關(guān)機(jī)制 國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（863）項(xiàng)目 國家重大基礎(chǔ)研究專項(xiàng)（973）項(xiàng)目 國家自然科學(xué)基金 上海市科技發(fā)展基金資助項(xiàng)目 賈寧、徐志凱 第四軍醫(yī)大學(xué)和解放軍總醫(yī)院 課題：細(xì)菌生物被膜對抗生素耐藥機(jī)制的研究 國家自然科學(xué)基金 馬小彤 中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院和醫(yī)科大學(xué)血液學(xué)研究所 課題：生物被膜分散方式的研究 國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目 王睿 解放軍總醫(yī)院 課題：藻酸鹽血清對粘液性銅綠加單胞菌粘附性和生物被膜滲透性的影響 婁紅祥 山東大學(xué) 課題：苔類植物成分抑制真菌生物被膜形成及逆轉(zhuǎn)耐藥的研究

10、國家科學(xué)基金 汪長中 安徽中醫(yī)學(xué)院 課題：黃芩苷抗白念珠菌生物被膜的作用機(jī)制研究 安徽省自然科學(xué)基金 國外相關(guān)研究機(jī)構(gòu) j. william costerton montana state university -center for biofilm engineering peter greenberg the university of iowa paula watnick & robert kolter infectious disease unit, massachusetts general hospital & department of microbiology and molecular genetics, harvard medical school生物被膜的近年研究進(jìn)展展望 由于細(xì)菌進(jìn)化迅速，對于細(xì)菌生