细菌生物被膜
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细菌生物被膜耐药机制及相关感染防治进展
随着医学的不断发展， 生物材料的应用已日益普遍， 细菌粘附在生物材料表面形成生物被膜而导致的生物材 料 相 关 性 感 染 已 经 成 为 一 个 越 来 越 重 要 的 问 题 。６０％以 上 的微生物感染是由细菌生物被膜造成的， 这一比例可能比 实际情况高， 但细菌生物被膜是引起临床常见感染的病原 体， 细菌生物被膜易于附着在异物和坏死组织表面。由于现 代技术的发展， 植入和介入性操作逐渐增多， 细菌生物被膜 感染占据了很大的比例。例如， 由大肠杆菌引起的尿路感 染， 金黄色葡萄球菌和其他革兰氏阳性菌引起的导管内感 染， 由流感嗜血杆菌引起的中耳炎、牙龈炎等。菌 对 抗 生 素 广 泛 耐 药 的 重 要 机 制 之 一 。作
为细菌的一种适应性生物学特性， 生物被膜菌具有与浮游
菌 不 同 的 结 构 和 生 长 、代 谢 特 点 ［２］， 凭 借 其 耐 药 屏 障 保 护
细菌不被机体免疫系统识别和清除， 并且能降低抗菌药物
渗入细菌体内的浓度， 导致生物被膜菌较浮游菌具有更强
河南畜牧兽医 综 合 版
２００８ 年（第 ２９ 卷）第 ８ 期
专论综述
专论综述
细菌生物被膜耐药机制 及相关感染防治进展
贾艳华 １， 晁利刚 １， 徐浩天 ２， 赵书景 ３， 谷惠芳 ３ （ １．河南农业大学牧医工程学院， 河南 郑州 ４５０００２； ２．许昌市畜牧技术推广站； ３．扬州大学）
中图分类号： Ｓ８５２．６１
及周围的环境， 以表皮葡萄球菌、金黄色葡萄球菌、铜绿假 单胞菌等细菌为多见。 ３．３ 细菌生物被膜的防治
随着对 ＢＢＦ 性质越来越多的了解， 为我们制定 ＢＢＦ 感染治疗方案提供了很好的证据。由于 ＢＢＦ 的存在， 生物 被膜菌能够逃逸抗菌药物的杀伤作用和机体免疫系统的 清除， 成为潜在的感染源； 在机体免疫力下降或其他诱因 条件下 ＢＢＦ 又大量繁殖， 从而造成感染的反复发作。因 此， ＢＢＦ 相关感染疾病的防治十分棘手， 目前主要通过抑 制生物被膜的形成和对已形成稳态的生物被膜用能透过 它的杀菌剂来治疗。 ３．３．１ 重在预防， 急性细菌感染时应选用敏感的抗生素给 予足量疗程治疗， 不给其转入慢性的机会， 使之无法形成 生物被膜。 ３．３．２ 尽量不使 用 体 内 留 置 性 医 疗 装 置 ， 如 导 尿 管 、各 部 位的引流管， 对于不得不用的应选用低表面能的生物医学 材料如特富龙、高弹力硅胶、聚乌拉坦 或 含 银 的 生 物 医 学 材料等以降低细菌的粘附性及生物被膜相关感染的发生 率， 并尽量缩短使用时间或经常更换； 或者在导管内置入 一层广谱抗生素， 如利福平和米诺环素 （ ［１０］ 与 非 抗 生 素 置 入导管相比感染发生率从 ２６％减少到 ８％） ， 或 者 置 入 非 特异性的杀菌剂， 如磺胺嘧啶、硝基呋 喃 西 林 和 洗 必 泰 等 （ 这些非特异性的杀菌剂同样有光谱抗菌作用， 包括对真 菌 ＢＢＦ 的抑制） 。 ３．３．３ 针对生物被膜细菌形成的不同环节， 可采用适宜的 抑制剂， 防止生物被膜菌的形成、分化和成熟。如鞭毛、菌 毛等连接性细胞器是细菌生物被膜附着必需， 诱导其突变 可使之无法附着聚集， 美国学者合成了 ｐｉｌｉｃｉｄｅｓ 的物质来 抑制鞭毛的活动； ＡＨＬｓ 是多糖基质的必需成分， 也是革兰 氏阴性菌密度感应系统的细胞间信使， 且可以控制菌群密 度 ， 而 ＡＨＬｓ 是 由 氨 基 酸 和 脂 肪 酸 合 成 的 ， 且 此 过 程 对 环 境条件是非常敏感的， 所以控制 ＡＨＬｓ 的合成底物将明显 降低酰化同型丝氨酸内酯的功能。 ３．３．４ 对于产 β－ 内酰胺酶的细菌， 要选用敏感抗生素如 头孢菌素类联合 β－ 内酰胺酶抑制剂， 因为产 β－ 内酰胺酶 的细菌一旦形成生物被膜， 其 β－ 内酰胺酶的量和酶活性 都将大大超过浮游菌。 ３．３．５ 抑制细菌的抗生素外排泵酶， 清除细菌的抗生素分 解酶。如人工提取和纯化这些抗生素分解酶， 将其接种于 高危畜体， 利用诱发特异性抗体的方法使细菌的抗生素分 解酶难以发挥作用， 从而提高抗生素的疗效。 ３．３．６ 寻找和 使 用 促 进 细 菌 生 物 被 膜 分 解 的 药 物 和 化 学 制剂。目前认为， 氟喹诺酮类＋大环内酯类／磷霉素是目前 最有效的治疗生物被膜菌感染的方案 ［１１， １２］。生物被膜内细 菌由于藻酸盐层的屏蔽作用， 大多数抗生素皆不能穿透藻 酸盐层而作用于膜内细菌， 这是生物被膜菌感染难治的主 要 原 因 之 一 。氟 喹 诺 酮 类 抗 生 素 包 括 环 丙 沙 星 、加 替 沙 星 、 左氧氟沙星等， 对生物被膜的渗透作用最强， 在一定程度 能杀死部分生物被膜菌， 但常规剂量难以彻底清除生物被 膜菌， 而克拉霉素、阿奇霉素、磷霉素均能抑制细菌藻酸盐 的合成， 消除药物渗透屏障， 所以联合应用这些抗生素能
为细菌的一种适应性生物学特性， 生物被膜菌具有与浮游
菌 不 同 的 结 构 和 生 长 、代 谢 特 点 ［２］， 凭 借 其 耐 药 屏 障 保 护
细菌不被机体免疫系统识别和清除， 并且能降低抗菌药物
渗入细菌体内的浓度， 导致生物被膜菌较浮游菌具有更强
河南畜牧兽医 综 合 版
２００８ 年（第 ２９ 卷）第 ８ 期
专论综述
专论综述
细菌生物被膜耐药机制 及相关感染防治进展
贾艳华 １， 晁利刚 １， 徐浩天 ２， 赵书景 ３， 谷惠芳 ３ （ １．河南农业大学牧医工程学院， 河南 郑州 ４５０００２； ２．许昌市畜牧技术推广站； ３．扬州大学）
中图分类号： Ｓ８５２．６１
及周围的环境， 以表皮葡萄球菌、金黄色葡萄球菌、铜绿假 单胞菌等细菌为多见。 ３．３ 细菌生物被膜的防治
随着对 ＢＢＦ 性质越来越多的了解， 为我们制定 ＢＢＦ 感染治疗方案提供了很好的证据。由于 ＢＢＦ 的存在， 生物 被膜菌能够逃逸抗菌药物的杀伤作用和机体免疫系统的 清除， 成为潜在的感染源； 在机体免疫力下降或其他诱因 条件下 ＢＢＦ 又大量繁殖， 从而造成感染的反复发作。因 此， ＢＢＦ 相关感染疾病的防治十分棘手， 目前主要通过抑 制生物被膜的形成和对已形成稳态的生物被膜用能透过 它的杀菌剂来治疗。 ３．３．１ 重在预防， 急性细菌感染时应选用敏感的抗生素给 予足量疗程治疗， 不给其转入慢性的机会， 使之无法形成 生物被膜。 ３．３．２ 尽量不使 用 体 内 留 置 性 医 疗 装 置 ， 如 导 尿 管 、各 部 位的引流管， 对于不得不用的应选用低表面能的生物医学 材料如特富龙、高弹力硅胶、聚乌拉坦 或 含 银 的 生 物 医 学 材料等以降低细菌的粘附性及生物被膜相关感染的发生 率， 并尽量缩短使用时间或经常更换； 或者在导管内置入 一层广谱抗生素， 如利福平和米诺环素 （ ［１０］ 与 非 抗 生 素 置 入导管相比感染发生率从 ２６％减少到 ８％） ， 或 者 置 入 非 特异性的杀菌剂， 如磺胺嘧啶、硝基呋 喃 西 林 和 洗 必 泰 等 （ 这些非特异性的杀菌剂同样有光谱抗菌作用， 包括对真 菌 ＢＢＦ 的抑制） 。 ３．３．３ 针对生物被膜细菌形成的不同环节， 可采用适宜的 抑制剂， 防止生物被膜菌的形成、分化和成熟。如鞭毛、菌 毛等连接性细胞器是细菌生物被膜附着必需， 诱导其突变 可使之无法附着聚集， 美国学者合成了 ｐｉｌｉｃｉｄｅｓ 的物质来 抑制鞭毛的活动； ＡＨＬｓ 是多糖基质的必需成分， 也是革兰 氏阴性菌密度感应系统的细胞间信使， 且可以控制菌群密 度 ， 而 ＡＨＬｓ 是 由 氨 基 酸 和 脂 肪 酸 合 成 的 ， 且 此 过 程 对 环 境条件是非常敏感的， 所以控制 ＡＨＬｓ 的合成底物将明显 降低酰化同型丝氨酸内酯的功能。 ３．３．４ 对于产 β－ 内酰胺酶的细菌， 要选用敏感抗生素如 头孢菌素类联合 β－ 内酰胺酶抑制剂， 因为产 β－ 内酰胺酶 的细菌一旦形成生物被膜， 其 β－ 内酰胺酶的量和酶活性 都将大大超过浮游菌。 ３．３．５ 抑制细菌的抗生素外排泵酶， 清除细菌的抗生素分 解酶。如人工提取和纯化这些抗生素分解酶， 将其接种于 高危畜体， 利用诱发特异性抗体的方法使细菌的抗生素分 解酶难以发挥作用， 从而提高抗生素的疗效。 ３．３．６ 寻找和 使 用 促 进 细 菌 生 物 被 膜 分 解 的 药 物 和 化 学 制剂。目前认为， 氟喹诺酮类＋大环内酯类／磷霉素是目前 最有效的治疗生物被膜菌感染的方案 ［１１， １２］。生物被膜内细 菌由于藻酸盐层的屏蔽作用， 大多数抗生素皆不能穿透藻 酸盐层而作用于膜内细菌， 这是生物被膜菌感染难治的主 要 原 因 之 一 。氟 喹 诺 酮 类 抗 生 素 包 括 环 丙 沙 星 、加 替 沙 星 、 左氧氟沙星等， 对生物被膜的渗透作用最强， 在一定程度 能杀死部分生物被膜菌， 但常规剂量难以彻底清除生物被 膜菌， 而克拉霉素、阿奇霉素、磷霉素均能抑制细菌藻酸盐 的合成， 消除药物渗透屏障， 所以联合应用这些抗生素能
biofilm
生物被膜（BF）的定义
微生物有组织生长的聚集体。
细菌不可逆的附着于惰性或活性实体的 表面，繁殖、分化，并分泌一些多糖基 质、将菌 体群落包裹其中而形成的细 菌聚集体膜状物。
单个生物被膜可由同种或不同种微生物 形成。
生物被膜（BF）的组成及结构
包括分泌的多糖蛋白、多糖基质、纤维蛋白、脂蛋白 等多糖蛋白复合物。 粘附细胞之间散在着一些“水通道”,即细菌群落之间 存在的充满环境液体的内隙。 成熟生物被模型从外到内包括主体生物膜层、连接层、 条件层、基质层。
三、氧浓度变化对铜绿假单胞菌生物被膜 形成的影响
研究无氧、低氧(10%氧浓度)、正常氧(20%)及高氧(30%、 40%、50%、60%)七个不同氧浓度条件下生物被膜和藻 酸盐的产生情况。 实时定量检测不同氧浓度对Lasl、RhlI、algU表达的影响 建立生物被膜生成量和Lasl、RhlI、algU表达量之间的关 系图。
研究生物被膜（BF）的意义
近年来随着医学界对某些环境中常见细菌所致的一些 慢性和顽固性疾病的深入了解 ,发现生物膜是导致这 些细菌性疾病难以根治的主要原因 。 以生物膜形式存在的细菌不同于浮游细菌 ,它们对抗 生素等杀菌剂、恶劣环境及宿主免疫防御机制有很强 的抗性,生物膜内细菌在生理、代谢、对底物的降解或 利用和对环境的抵抗能力等方面都具有独特的性质
生物被膜（BF）的体外鉴定
一、96孔微量板定量检测法
是目前各实验室广泛应用的定量检测细菌生物被膜的 公认方法。目前几乎所有的细菌都以该方法被报道。 不仅能定性细菌形成生物被膜，而且和不同的染色方 法结合还能定量计算细菌形成生物被膜的能力。
生物被膜形成曲线的测定
细菌生物被膜的名词解释
细菌生物被膜的名词解释细菌生物被膜是指一种由细菌分泌的一层黏性物质所构成的结构。
这种物质包裹在细菌细胞外表面，形成了一个保护细菌的屏障。
细菌生物被膜可以具有多种形态和组成，但它在细菌生命周期的各个阶段都起到关键的作用。
首先，细菌生物被膜能够提供细菌对外部环境的适应能力。
这是因为被膜能够吸附周围环境中的养分，并且排斥不利于细菌生存的有害物质。
通过这种方式，被膜帮助细菌在各种环境条件下生存和繁殖。
此外，细菌生物被膜还可以保护细菌对抗外界的一些不利因素，如干旱、酸碱度变化、高温或低温等，提高了细菌的存活率。
其次，细菌生物被膜在细菌与宿主相互作用中发挥着重要的作用。
有些细菌生物被膜表面的分子结构可以与宿主细胞表面的受体结合，从而促进细菌与宿主的黏附。
这种黏附现象对于一些病原性细菌来说尤为重要，因为它们需要依靠黏附在宿主组织表面才能感染宿主。
细菌生物被膜的形成可以提高细菌的黏附能力，增加病原性细菌感染宿主的机会。
此外，细菌生物被膜还可以帮助细菌抵御抗生素的攻击。
一些抗生素具有破坏细菌细胞壁或细胞膜的作用机制，但细菌生物被膜能够降低抗生素进入细菌细胞内的效率，从而减少抗生素的杀菌作用。
这使得一些细菌对常规抗生素产生了抗药性，对临床治疗带来了一定的挑战。
细菌生物被膜的组成和结构也具有一定的多样性。
有些细菌的被膜主要由蛋白质组成，而另一些则含有多糖或脂质。
这取决于细菌的菌株和生长环境。
部分细菌生物被膜具有胶状的外观，而另一些则呈现出纤维状的形态。
这些不同的被膜结构与形成机制有助于细菌对不同环境条件作出适应，并发挥不同的功能。
总之，细菌生物被膜是一种重要的细菌结构，它在细菌的适应环境、与宿主相互作用以及抵御抗生素攻击中发挥着重要的作用。
对于理解细菌的生存机制和病原性的研究，细菌生物被膜的研究具有重要的意义。
未来，我们还需要更深入地研究细菌生物被膜的形成机制、组成以及与其他细菌结构之间的相互作用，以揭示其更为细致的功能和潜在应用价值。
细菌生物被膜研究进展
动物医学进展,2019,40(9):74-79Progress in Veterinary Medicine%文献综述％细菌生物被膜研究进展王洪彬△，朱利霞△，于秀剑，高桂生，史秋梅*，吴同垒*(河北科技师范学院河北省预防兽医学重点实验室，河北秦皇岛066604)摘要：生物被膜指细菌黏附在惰性或活性实体表面繁殖分化，分泌一些物质将菌群包裹在内形成的微生物聚集体，具有多重耐药性及免疫逃逸能力，因此具有高致病性、难治愈的特性。
论文主要对细菌生物被膜、形成过程、耐药性及耐药机制、生物被膜引起的感染、检测方法及防控等方面进行综述，以期为细菌生物被膜的控制提供参考。
关键词：细菌；生物被膜；检测方法；控制方法中图分类号：S969.19；S852.61文献标识码：A文章编号：1007-5038(2019)09-0074-06生物被膜是细菌生长过程中形成的一种天然保护状态，90%以上的微生物以生物被膜形式生长⑴。
Antonie V1一于1676年从牙菌斑中观察到生物被膜;Costerton J等于1978年首次提出生物被膜的概念，随后的研究显示生物被膜态细菌比浮游态细菌数量多，尤其是物体表面细菌99.9%以生物被膜形式存在。
在食品加工上，生物被膜菌的代谢活动能够腐蚀金属设备、金属管道表面，更易引起食品的污染,最终引发食源性疾病⑵；被膜菌对抗菌剂、清洁剂的抗性增加，其三维结构是抗菌药物的天然屏障.能够形成生物被膜的细菌对清洗剂、消毒剂的耐受能力强于浮游菌的10倍〜1000倍；此外，生物被膜中含有的抱子、细菌不也断向外扩散，最终将成为食品潜在的污染源。
在食品加工过程中已经检测到致病菌.如嗜水气单胞菌、大肠埃希菌、葡萄球菌等形成的生物被膜"⑷；而生物被膜菌在医学上则表现为病原菌耐药性增加及宿主免受攻击的耐受能力增强,全球每年因生物被膜菌感染引起发病或死亡的人数高达百万⑺勺。
生物被膜菌的存在给食品、医疗等造成巨大的财力和人力资源的损失，已成为严重的公共卫生问题，因此，如何抑制生物被膜的形成及根除细菌生物被膜是目前急需解决的问题。
细菌生物被膜
感谢观看
特点及耐药性
由于疫苗和抗生素的运用以及各种社会措施的采用,由游离细菌引起的大部分感染性疾病已经能够较快地控制 (多重耐药菌株除外),而由条件致病菌引起的感染则逐渐增多,尤其在因为各种原因引起的抵抗力下降和运用插入 性医用装置的人群多见。这些感染常常与细菌形成生物被膜有关。病原菌包括革兰氏阴性杆菌,革兰氏阳性球菌以 及念珠菌,表皮葡萄球菌,绿脓杆菌和肠球菌尤为多见。生物被膜一旦形成,就对抗生素及机体免疫力有着天然的 抵抗能力,用抗生素难以彻底清除,而只能杀死生物被膜表面或血中导致感染发作的游离细菌。在机体抵抗力下降 时,生物被膜中存活的细菌又可以释放出来,重新引起感染。生物被膜犹如一个“菌巢”,导致感染反复发作,迁延 不愈,形成慢性感染。插入性医用器械相关的血液感染(device-related bloodst ream infection,DR-BSI)在 医院感染中极为常见,尤其在ICU中多见,其危害严重,应多加。
细菌生物被膜
生物学术语
01 定义
03 表面特性 05 预防与控制
目录
02 形成过程原理 04 特点及耐药性
细菌生物被膜（或称细菌生物膜 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。
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：食品加工人员、炊事员或销售人员带菌，造成食品污染；食品在加工前带菌，或在加工过程中受到污染， 产生毒素，引起食物中毒；熟食制品包装不严，运输过程中受到污染；禽畜屠宰前带菌，也会对食品产生污染， 且细菌易在食品、各种食品加工接触面及非食品加工接触面(如墙壁、下水道、死角等地方)形成生物被膜,再经 手或空气污染食品而引起食物中毒。
细菌生物膜
渗透限制学说认为， 生物膜内细菌分泌的胞外多聚物被膜所形 成的屏障,阻止了抗生素的穿入； 营养限制学说认为，生物膜内细菌，至少是部分细菌，由于受 到营养供给的限制处于缓慢生长或饥饿状态,这种状态的细菌对 抗生素不敏感，或者使对只杀伤处于分裂状态的细菌的抗生素 难以发挥作用。 表型推断学说认为，生物膜内细菌，至少某些细菌采用一种与 游走态细菌不同的有保护作用的生物膜表型，这种表型是细菌 附着在表面的一种生物学反应，细菌的一些新基因表达产物对 生物膜的抗药性起着关键作用。此外，在生物膜这种非常有利 的内环境中，可以加速遗传物质在细胞间的平行转移，可使某 些细菌获得耐药性、毒力因子和环境生存的能力，成为新的病 原菌。 由于细菌生物膜的信号传递系统对生物膜的形成和生物膜结构的 稳定起着关键性作用，该信号传递系统被认为是消灭细菌生物 膜最有希望的突破口。
生物膜内环境是不一致的， 越接近基质， 氧浓度 和pH 值越低。 同种细菌生物膜内，细菌通过调整基因的表达来达 到最大限度地适应其生存的环境。 多菌混合型生物膜内，细菌除调整自身以适应所处 的生物膜微环境外，还要根据种间的共生关系调整 自身。 只有在生物膜表面的细菌才具有旺盛代谢活动，接 近基质的细菌处于缓慢生长或不生长状态。 在一个成熟的生物膜内，细胞很少发生分裂，大部 分能量用于合成胞外多糖。当细菌处于饥饿或其他 不利条件下，细菌能分泌胞外多糖水解酶，从生物 膜内游离出来，寻求更适宜的生存环境。 高丝氨酸内酯是已被证实了的在天然或培养条件下， 生物膜内细胞间的信号传递分子。
( bacterial biofilm)
Байду номын сангаас
细菌生物膜( bacterial biofilm) 也称生物膜，是 单一或多种细菌为适应自然环境而形成的微菌 落聚集物； 其主要成分为多糖蛋白复合物， 将细菌自身 包裹其中， 使细菌相互黏连产生特定结构的 细菌复合体，形如膜状并不可逆地附着于病灶 的表面或导管内； 这是细菌为适应环境维持自身生命所发生的形 态学的变化，从而增强了细菌对外环境的抵抗 力。 临床上许多顽固性、难治性感染均与形成细菌 生物膜有关。
浅谈中药有效成分对细菌生物被膜的影响作用
浅谈中药有效成分对细菌生物被膜的影响作用摘要：为了了解我国关于中药有效成分对细菌生物被膜的研究，通过阅读大量的文献，对该方面的研究有了一定的了解。
关键词：细菌，生物被膜，中药，有效成分（一）前言细菌生物被膜（或称细菌生物膜Bacterial biofilm，BF），根据《Annu Rev Microbiol》等权威期刊所归纳发表的定义，生物薄膜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。
除了水和细菌外，生物被膜还可含有细菌分泌的大分子多聚物、吸附的营养物质和代谢产物及细菌裂解产物等，大分子多聚物如蛋白质、多糖、D N A、R N A、肽聚糖、脂和磷脂等物质。
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。
在特定的条件下，细菌可以形成生物被膜，包被有生物被膜的细菌称为被膜菌。
被膜菌无论其形态结构、生理生化特性、致病性还是对环境因子的敏感性等都与浮游细菌有显著的不同，尤其对抗生素和宿主免疫系统具有很强的抵抗力，从而导致严重的临床问题，引起许多慢性和难治性感染疾病的反复发作。
细菌生物被膜粘附在各种医疗器械及导管上极难清除，以至引发大量的医源性感染。
被膜菌的耐药机制是多方面的，并且因微生物个体的不同，其机制也不尽相同。
目前关于细菌生物被膜的耐药机制研究比较认同于以下３个解释。
1营养限制学说营养限制学说，即被膜菌生长速度减慢、生物被膜内营养物质、氧气的消耗以及代谢废物的聚集都可促使细菌进入一种非生长状态，也称为饥饿状态。
这种状态下的细菌对抑制其生长的抗生素几乎完全不敏感。
但是也有研究表明，在控制微生物生长速度时，处于相同生长速度的被膜菌株和浮游菌株，耐药性仍然有较大的差别，因此单独用被膜菌的生长速度来解释其耐药性，显然还不能得到满意的结论。
2抗生素渗透障碍学说抗生素渗透障碍学说，细菌生物被膜一个很明显的特征就是细菌密度高，细菌之间的空间狭小，并能合成数量和成分与浮游细菌差别很大的胞外基质。
认识生物被膜
背景介绍
与人类感染有关的生物膜形成菌 Nhomakorabea相关疾病
生物膜形成菌
龋齿 牙周炎 中耳炎 骨骼肌感染 骨髓炎 心内膜炎 隐形眼镜所致感染 缝合部位感染 人工心瓣膜
产酸性G+球菌 口腔G-厌氧菌 嗜血流感杆菌 G+球菌 多种细菌和真菌（混合） 草绿色链球菌 绿脓杆菌和G+球菌 表皮葡萄球菌、金黄色葡萄球菌 金黄色葡萄球菌和表皮葡萄球菌
—J. William Costerton
背景介绍
❖ 细菌生物被膜（biofilm,BF）的存在是细菌为适应环境，有利 于生存而特有的生命现象。细菌吸附于惰性物体如生物医学材 料或机体黏膜表面后, 分泌多糖基质、纤维蛋白、脂蛋白等多 糖蛋白复合物，使细菌相互粘连并将自身克隆聚集缠绕其中形 成膜状物。生物被膜内的细菌对大多数抗生素耐药，能长期存 活，不断释放，成为感染源。
[6] Schinabeck MK, Long LA, Hossain MA, Chandra J,Mukherjee PK, Mohamed S, Ghannoum MA. Rabbit model of Candida albicans biofilm infection: liposomal amphotericin Bantifungal lock therapy[J]. Antimicrobial Agents and Chemotherapy, 2004, 48(5): 1727–1732. [7] Nett J, Lincoln L, Marchillo K, et al. Putative Role of β-1,3 Glucans in Candida albicans Biofilm Resistance[J]. Antimicrob Agents Chemother, 2007, 51(2):510-520.
生物被膜1
金黄色葡萄球菌生物被膜
Lasa I. Int microbiol 2006
表皮葡萄球菌生物被膜
Lasa I. Int microbiol 2006
铜绿假单胞菌生物被膜
方向群， 刘又宁
中华医院感染杂志
2002
生物被膜相关感染
BBF中细菌对抗菌药物高度耐药并可逃避宿主 的免疫作用，导致感染迁延不愈，称为生物被 膜相关感染（Biofilm-related infection）， 主要包括生物医学材料相关感染和某些慢性感 染性疾病
Drenkard E, Ausubel FM E, Ausubel FM.. Nature, 2002
表型变异
Drenkard E, Ausubel FM. Nature, 2002
BBF及中性粒细胞的相互作用
补体↓
中性粒细胞
活性氧↓
趋化作用↓
BBF及中性粒细胞的相互作用
6.4 6.2 细菌数（lgCFU/cm2) 6 5.8 5.6 5.4 5.2 5 0MIC 1/4MIC 1/2MIC 1MIC IMI浓度（MIC) OMIC 1/16MIC 1/4MIC
方向群，刘又宁 中华医院感染杂志杂志
2007
亚胺培南与阿齐霉素合用对BF细菌的作用
药物处理前的BF SEM ×4500
细菌生物被膜相关感染
解放军总医院呼吸科 方向群
前言
1 2 3
生物医学材料应用 某些慢性感染
美国CDC统计 60%感染与生物被膜相关
前言
1 2 3
细菌生物被膜的形成 细菌生物被膜的致病机制 细菌生物被膜的药物治疗
细菌生物被膜的定义
细菌生物被膜（Bacterial Biofilm， BBF）是细菌产生多聚复合物基质将自身 包绕，粘附于无活性物体或活体表面，形 成的有一定结构的细菌群体
细菌生物被膜ppt课件
* QS现象是于1977年在一种海洋发光细菌中首次发现 的，此系统包括AI的产生、释放和检测，通过检测 周围细菌的密度，细菌可以通过调整相关基因的表 达而实现群体稳定性调节。
.
24
野生型
突变株
.
25
细菌生物被膜的抗性机制
2、BF的抗免疫清除机制
①细菌生物被膜的屏蔽作
细菌生物被膜中，大量粘性基质形成了一个物理屏障，是 吞噬细胞和杀伤细胞及其所分泌的酶不能对细菌产生攻击
随着对细菌致病机制的深入了解，人们发现细菌 生物被膜对抗生素和集体免疫防御机制的抗性很 强，从而导致了严重的临床问题，尤其是慢性和 难治的感染性疾病。
.
11
3、细菌的群体行为
1988年，Shapiro提出细菌是可以相互协调，并具有群体 行为的多细胞群体生物。 1991年，加拿大国立水环境研究所的John wrence等 人首次发现了细菌生物被膜的三维结构。
⒌细菌的分散及持续性感染
.
18
.
19
.
20
细菌生物被膜的抗性机制
1、BF对抗生素的耐药性机制
①细菌生物被膜的屏障作用
EPS阻止抗生素接触包裹于被膜内 的细菌，消弱抗生素对于膜内部菌 群的杀伤效应（如生物膜中的AHL 可降解部分抗生素）
.
21
④细菌生长缓慢与应 激反应
被膜深层细菌生长缓慢， 但却产生了耐药性增强的 应激反应
• 1990年，蒙大拿州立大学建立了世界上第一个生 物膜工程中心。
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3
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4
与人类感染有关的生物膜形成菌
相关疾病
龋齿 牙周炎 中耳炎 骨骼肌感染 骨髓炎 心内膜炎 隐形眼镜所致感染 缝合部位感染 人工心瓣膜
生物膜形成菌
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24
野生型
突变株
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25
细菌生物被膜的抗性机制
2、BF的抗免疫清除机制
①细菌生物被膜的屏蔽作
细菌生物被膜中，大量粘性基质形成了一个物理屏障，是 吞噬细胞和杀伤细胞及其所分泌的酶不能对细菌产生攻击
随着对细菌致病机制的深入了解，人们发现细菌 生物被膜对抗生素和集体免疫防御机制的抗性很 强，从而导致了严重的临床问题，尤其是慢性和 难治的感染性疾病。
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11
3、细菌的群体行为
1988年，Shapiro提出细菌是可以相互协调，并具有群体 行为的多细胞群体生物。 1991年，加拿大国立水环境研究所的John wrence等 人首次发现了细菌生物被膜的三维结构。
⒌细菌的分散及持续性感染
.
18
.
19
.
20
细菌生物被膜的抗性机制
1、BF对抗生素的耐药性机制
①细菌生物被膜的屏障作用
EPS阻止抗生素接触包裹于被膜内 的细菌，消弱抗生素对于膜内部菌 群的杀伤效应（如生物膜中的AHL 可降解部分抗生素）
.
21
④细菌生长缓慢与应 激反应
被膜深层细菌生长缓慢， 但却产生了耐药性增强的 应激反应
• 1990年，蒙大拿州立大学建立了世界上第一个生 物膜工程中心。
.
3
.
4
与人类感染有关的生物膜形成菌
相关疾病
龋齿 牙周炎 中耳炎 骨骼肌感染 骨髓炎 心内膜炎 隐形眼镜所致感染 缝合部位感染 人工心瓣膜
生物膜形成菌
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“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. ”
• 细菌生物被膜广泛存在于自然环境中。临床上生物 被膜可形成于各种植入医疗器械表面或体内粘膜上， 具有极强的耐药性及免疫逃避性，是造成临床性感 染的主要原因之一！
• 生物被膜使细菌对抗生素的耐药性比浮游菌增加 10-1000倍，其引发的感染只有移走植入物才能控 制，增加了病人的痛苦和治疗费用！
• 1990年，蒙大拿州立大学建立了世界上第一个生 物膜工程中心。
表和蛋白组成的区别。
游离菌 白细胞
细菌生物膜的形成机制
⒈条件膜的沉积
主要涉及体液中各种糖蛋白、粘多糖、金属离子等的吸附
⒉细菌的初始到达及吸附
指在钠、镁等阳离子的介导下的细菌对植入物表面的吸附
⒊细菌的生长繁殖
指细菌的吸附、生长、繁殖及扩散
⒋生物被膜的形成
细菌程序性的表达并分泌EPS,不断形成微菌落，终联合成为成熟的 生物被膜的过程。
• 细菌被大量的胞外多糖包绕形成微菌落，各微菌落之间充 满水通道,是细菌获取营养和排除代谢废物的通道。
* 化学组成
• 水分（97%）——是生物膜的生命线！ • 胞外多糖（EPS） • 吸附的营养物质及代谢产物、细菌裂解物 • 蛋白质、DNA、RNA
同一菌株的生物被膜和浮游生长细菌具有不同的 特性。过去疫苗和抗生素的研制以浮游的细菌为 主要研究对象。
* QS现象是于1977年在一种海洋发光细菌中首次发现 的，此系统包括AI的产生、释放和检测，通过检测 周围细菌的密度，细菌可以通过调整相关基因的表 达而实现群体稳定性调节。
野生型
突变株
细菌生物被膜的抗性机制
2、BF的抗免疫清除机制
①细菌生物被膜的屏蔽作
细菌生物被膜中，大量粘性基质形成了一个物理屏障，是 吞噬细胞和杀伤细胞及其所分泌的酶不能对细菌产生攻击
与人类感染有关的生物膜形成菌
相关疾病
龋齿 牙周炎 中耳炎 骨骼肌感染 骨髓炎 心内膜炎 隐形眼镜所致感染 缝合部位感染 人工心瓣膜
生物膜形成菌
产酸性G+球菌 口腔G-厌氧菌 嗜血流感杆菌 G+球菌 多种细菌和真菌（混合） 草绿色链球菌 绿脓杆菌和G+球菌 表皮葡萄球菌、金黄色葡萄球菌 金黄色葡萄球菌和表皮葡萄球菌
☺ 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
课题：苔类植物成分抑制真菌生物被膜形成及逆转耐药的研究 •国家科学基金
☺汪长中 安徽中医学院
课题：黄芩苷抗白念珠菌生物被膜的作用机制研究 •安徽省自然科学基金
生物被膜的近年研究进展
国外相关研究机构
☺ J. William Costerton
• Montana State University --Center for Biofilm Engineering
• 生物被膜形态学鉴定以扫描电镜、激光共聚焦显微镜观察为
主要方法。近年来，临床微生物学研究工作者开始探索采用 染料对细菌胞外多糖进行染色，进而观察。例如“银染法” 鉴定生物被膜，其在普通光学显微镜下即可以观察到。
•利用报告基因和荧光探针可以了解生物被膜的基因表达。 •利用基因芯片和双向电泳技术比较生物膜细菌和浮游菌基因
catalogs
• 细菌生物被膜的基本性质 • 细菌生物被膜的形成机制 • 细菌生物被膜及其抗药性机制研究 • 细菌生物被膜的研究进展 •展望
细菌生物被膜的基本性质
1、生物被膜的含义—1978年由J. William Costerton首次提出
* 生物被膜（biofilm）：指细菌自身产生的外部多 糖基质、纤维蛋白质、脂蛋，对于细菌生物膜感染的治疗， 单纯的依靠物理方法或抗生素是难以实现彻底根除 的。故生物学控制将成为一条更有效的途径。
• 寻找一种控制细菌胞外多糖分泌的基因，并用分子 生物学的方法将其表达阻断；
• 开发一种新型的材料，其表面特性具有抗细菌黏附 的作用。
• 开发一种特效抗生素，使其在向细菌生物膜内扩散 的过程中，不受生物膜中降解物的干扰，顺利到达 内部。
• 生物膜的结构存在着广泛的异质性，其深处和浅处的细菌 体积大小和代谢活性均有显著差异。
• 生物膜使细菌形成了一个具有结构性、协调性和功能习性 的高度组织群体！
4、生物被膜的观察研究方法
• 细菌生物膜的主要成分是多糖蛋白复合物。Costerton等人
在70年代通过扫描电镜观察到了细菌的生物被膜的存在。
⒌细菌的分散及持续性感染
细菌生物被膜的抗性机制
1、BF对抗生素的耐药性机制
①细菌生物被膜的屏障作用
EPS阻止抗生素接触包裹于被膜内 的细菌，消弱抗生素对于膜内部菌 群的杀伤效应（如生物膜中的AHL 可降解部分抗生素）
④细菌生长缓慢与应 激反应
被膜深层细菌生长缓慢， 但却产生了耐药性增强的 应激反应
②免疫复合物效应
粘性基质和细菌释放出的抗原物质刺激大量特异性抗体产 生，引起宿主严重的免疫损害
生物被膜的近年研究进展
我国相关研究课题和机构
☺瞿涤 复旦大学上海医学院
课题：内源性表皮葡萄球菌ica操纵子转录水平对生物膜表型的影响 课题：表皮葡萄球菌AtlE 蛋白介导生物膜起始黏附的相关机制 • 国家高技术研究发展计划（863）项目 • 国家重大基础研究专项（973）项目 • 国家自然科学基金 • 上海市科技发展基金资助项目
⑤细菌传感效应（QS）
细菌生长密度或营养条件变化时，有菌体自身产生 并分泌 “信号激素”，以实现群体感应，协调生长
细菌群体感应系统（QS, quorum sensing）
* 细菌通过本身释放的激素样有机物——自诱导物 （AI）来交流，从而改变胞内遗传物质的表达，调 节细菌的生长代谢，并导致细菌毒力、耐药性的变 化，此即被称为“群体感应信号系统”（QS系统）
随着对细菌致病机制的深入了解，人们发现细菌 生物被膜对抗生素和集体免疫防御机制的抗性很 强，从而导致了严重的临床问题，尤其是慢性和 难治的感染性疾病。
3、细菌的群体行为
1988年，Shapiro提出细菌是可以相互协调，并具有群体 行为的多细胞群体生物。 1991年，加拿大国立水环境研究所的John wrence等 人首次发现了细菌生物被膜的三维结构。
• 生物被膜是细菌的一种具有保护性的生长模式，是细胞间 相互协调作用的复杂的多细胞群体，具有结构和代谢复杂性。 • 形成生物被膜的黏附细菌群也可以释放出生长迅速的浮游 细菌，是潜在的“菌巢”。
2、生物被膜的结构特点及化学成分
* 结构特点—Marc habas的成熟生物被膜模型
• 由外到内依次为： ①生物被膜层（bulk of biofilm） ②连接层（linking film） ③条件层（conditioning film） ④基质层（substratum)
☺贾宁、徐志凯 第四军医大学和解放军总医院
课题：细菌生物被膜对抗生素耐药机制的研究 •国家自然科学基金
☺马小彤 中国医学科学院和医科大学血液学研究所
课题：生物被膜分散方式的研究 •国家自然科学基金资助项目
☺王睿 解放军总医院
课题：藻酸盐血清对粘液性铜绿加单胞菌粘附性和生物被膜渗透性的 影响
☺娄红祥 山东大学
细菌生物被膜与抗生素耐药机制研究
王宏 D00614136
J. William Costerton
Costerton, a native of British Columbia, earned his Ph.D. in bacteriology in 1960 from the
University of Western Ontario.
• 细菌生物被膜广泛存在于自然环境中。临床上生物 被膜可形成于各种植入医疗器械表面或体内粘膜上， 具有极强的耐药性及免疫逃避性，是造成临床性感 染的主要原因之一！
• 生物被膜使细菌对抗生素的耐药性比浮游菌增加 10-1000倍，其引发的感染只有移走植入物才能控 制，增加了病人的痛苦和治疗费用！
• 1990年，蒙大拿州立大学建立了世界上第一个生 物膜工程中心。
表和蛋白组成的区别。
游离菌 白细胞
细菌生物膜的形成机制
⒈条件膜的沉积
主要涉及体液中各种糖蛋白、粘多糖、金属离子等的吸附
⒉细菌的初始到达及吸附
指在钠、镁等阳离子的介导下的细菌对植入物表面的吸附
⒊细菌的生长繁殖
指细菌的吸附、生长、繁殖及扩散
⒋生物被膜的形成
细菌程序性的表达并分泌EPS,不断形成微菌落，终联合成为成熟的 生物被膜的过程。
• 细菌被大量的胞外多糖包绕形成微菌落，各微菌落之间充 满水通道,是细菌获取营养和排除代谢废物的通道。
* 化学组成
• 水分（97%）——是生物膜的生命线！ • 胞外多糖（EPS） • 吸附的营养物质及代谢产物、细菌裂解物 • 蛋白质、DNA、RNA
同一菌株的生物被膜和浮游生长细菌具有不同的 特性。过去疫苗和抗生素的研制以浮游的细菌为 主要研究对象。
* QS现象是于1977年在一种海洋发光细菌中首次发现 的，此系统包括AI的产生、释放和检测，通过检测 周围细菌的密度，细菌可以通过调整相关基因的表 达而实现群体稳定性调节。
野生型
突变株
细菌生物被膜的抗性机制
2、BF的抗免疫清除机制
①细菌生物被膜的屏蔽作
细菌生物被膜中，大量粘性基质形成了一个物理屏障，是 吞噬细胞和杀伤细胞及其所分泌的酶不能对细菌产生攻击
与人类感染有关的生物膜形成菌
相关疾病
龋齿 牙周炎 中耳炎 骨骼肌感染 骨髓炎 心内膜炎 隐形眼镜所致感染 缝合部位感染 人工心瓣膜
生物膜形成菌
产酸性G+球菌 口腔G-厌氧菌 嗜血流感杆菌 G+球菌 多种细菌和真菌（混合） 草绿色链球菌 绿脓杆菌和G+球菌 表皮葡萄球菌、金黄色葡萄球菌 金黄色葡萄球菌和表皮葡萄球菌
☺ 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
课题：苔类植物成分抑制真菌生物被膜形成及逆转耐药的研究 •国家科学基金
☺汪长中 安徽中医学院
课题：黄芩苷抗白念珠菌生物被膜的作用机制研究 •安徽省自然科学基金
生物被膜的近年研究进展
国外相关研究机构
☺ J. William Costerton
• Montana State University --Center for Biofilm Engineering
• 生物被膜形态学鉴定以扫描电镜、激光共聚焦显微镜观察为
主要方法。近年来，临床微生物学研究工作者开始探索采用 染料对细菌胞外多糖进行染色，进而观察。例如“银染法” 鉴定生物被膜，其在普通光学显微镜下即可以观察到。
•利用报告基因和荧光探针可以了解生物被膜的基因表达。 •利用基因芯片和双向电泳技术比较生物膜细菌和浮游菌基因
catalogs
• 细菌生物被膜的基本性质 • 细菌生物被膜的形成机制 • 细菌生物被膜及其抗药性机制研究 • 细菌生物被膜的研究进展 •展望
细菌生物被膜的基本性质
1、生物被膜的含义—1978年由J. William Costerton首次提出
* 生物被膜（biofilm）：指细菌自身产生的外部多 糖基质、纤维蛋白质、脂蛋，对于细菌生物膜感染的治疗， 单纯的依靠物理方法或抗生素是难以实现彻底根除 的。故生物学控制将成为一条更有效的途径。
• 寻找一种控制细菌胞外多糖分泌的基因，并用分子 生物学的方法将其表达阻断；
• 开发一种新型的材料，其表面特性具有抗细菌黏附 的作用。
• 开发一种特效抗生素，使其在向细菌生物膜内扩散 的过程中，不受生物膜中降解物的干扰，顺利到达 内部。
• 生物膜的结构存在着广泛的异质性，其深处和浅处的细菌 体积大小和代谢活性均有显著差异。
• 生物膜使细菌形成了一个具有结构性、协调性和功能习性 的高度组织群体！
4、生物被膜的观察研究方法
• 细菌生物膜的主要成分是多糖蛋白复合物。Costerton等人
在70年代通过扫描电镜观察到了细菌的生物被膜的存在。
⒌细菌的分散及持续性感染
细菌生物被膜的抗性机制
1、BF对抗生素的耐药性机制
①细菌生物被膜的屏障作用
EPS阻止抗生素接触包裹于被膜内 的细菌，消弱抗生素对于膜内部菌 群的杀伤效应（如生物膜中的AHL 可降解部分抗生素）
④细菌生长缓慢与应 激反应
被膜深层细菌生长缓慢， 但却产生了耐药性增强的 应激反应
②免疫复合物效应
粘性基质和细菌释放出的抗原物质刺激大量特异性抗体产 生，引起宿主严重的免疫损害
生物被膜的近年研究进展
我国相关研究课题和机构
☺瞿涤 复旦大学上海医学院
课题：内源性表皮葡萄球菌ica操纵子转录水平对生物膜表型的影响 课题：表皮葡萄球菌AtlE 蛋白介导生物膜起始黏附的相关机制 • 国家高技术研究发展计划（863）项目 • 国家重大基础研究专项（973）项目 • 国家自然科学基金 • 上海市科技发展基金资助项目
⑤细菌传感效应（QS）
细菌生长密度或营养条件变化时，有菌体自身产生 并分泌 “信号激素”，以实现群体感应，协调生长
细菌群体感应系统（QS, quorum sensing）
* 细菌通过本身释放的激素样有机物——自诱导物 （AI）来交流，从而改变胞内遗传物质的表达，调 节细菌的生长代谢，并导致细菌毒力、耐药性的变 化，此即被称为“群体感应信号系统”（QS系统）
随着对细菌致病机制的深入了解，人们发现细菌 生物被膜对抗生素和集体免疫防御机制的抗性很 强，从而导致了严重的临床问题，尤其是慢性和 难治的感染性疾病。
3、细菌的群体行为
1988年，Shapiro提出细菌是可以相互协调，并具有群体 行为的多细胞群体生物。 1991年，加拿大国立水环境研究所的John wrence等 人首次发现了细菌生物被膜的三维结构。
• 生物被膜是细菌的一种具有保护性的生长模式，是细胞间 相互协调作用的复杂的多细胞群体，具有结构和代谢复杂性。 • 形成生物被膜的黏附细菌群也可以释放出生长迅速的浮游 细菌，是潜在的“菌巢”。
2、生物被膜的结构特点及化学成分
* 结构特点—Marc habas的成熟生物被膜模型
• 由外到内依次为： ①生物被膜层（bulk of biofilm） ②连接层（linking film） ③条件层（conditioning film） ④基质层（substratum)
☺贾宁、徐志凯 第四军医大学和解放军总医院
课题：细菌生物被膜对抗生素耐药机制的研究 •国家自然科学基金
☺马小彤 中国医学科学院和医科大学血液学研究所
课题：生物被膜分散方式的研究 •国家自然科学基金资助项目
☺王睿 解放军总医院
课题：藻酸盐血清对粘液性铜绿加单胞菌粘附性和生物被膜渗透性的 影响
☺娄红祥 山东大学
细菌生物被膜与抗生素耐药机制研究
王宏 D00614136
J. William Costerton
Costerton, a native of British Columbia, earned his Ph.D. in bacteriology in 1960 from the
University of Western Ontario.