細(xì)菌生物膜是否“堅(jiān)不可摧”
日期：2011-04-22 08:02:56
細(xì)菌生物膜會(huì)引起尿道炎、前列腺炎、腎結(jié)石、中耳炎、齲齒、牙周炎、口臭等多種疾病，它們往往會(huì)反復(fù)發(fā)作，極難徹底治愈。
“只要條件適宜，任何細(xì)菌均可形成生物膜，而至今尚無(wú)藥物能有效防治此類感染。”近日，由華西口腔醫(yī)學(xué)院口腔疾病研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室舉辦的“2011年國(guó)際微生物生物膜學(xué)術(shù)研討會(huì)”召開(kāi)，大會(huì)執(zhí)行主席、微生物學(xué)家施文元接受了《科學(xué)時(shí)報(bào)》采訪。
在自然條件下，細(xì)菌以浮游和生物膜兩種生長(zhǎng)狀態(tài)存在。為抵抗環(huán)境中的各種不利因素，如抗生素的殺菌、過(guò)酸或過(guò)堿的環(huán)境、被宿主免疫細(xì)胞吞噬等，單一或多種細(xì)菌會(huì)聚集成團(tuán)塊，形成與單個(gè)游走態(tài)細(xì)胞對(duì)應(yīng)的生物膜。
在細(xì)菌生物膜中，細(xì)菌本身只占不到1/3的體積，余下的空間則由細(xì)菌分泌的“胞外基質(zhì)”的粘性物質(zhì)占據(jù)。正是這些粘性物質(zhì)將成千上萬(wàn)個(gè)細(xì)菌連接在一起。施文元將其比喻為一個(gè)國(guó)家“有著嚴(yán)密的社會(huì)組織”。
據(jù)美國(guó)疾病預(yù)防與控制中心專家估計(jì)，人類65%以上的細(xì)菌感染與細(xì)菌生物膜有關(guān)。施文元介紹，生物膜的形成是一個(gè)循環(huán)往復(fù)的動(dòng)態(tài)過(guò)程。細(xì)菌先要粘附于人體組織或物體表面，然后通過(guò)“酰化同絲氨酸內(nèi)酯”分子進(jìn)行相互間的信息交流，引來(lái)同類細(xì)菌聚集。當(dāng)酰化同絲氨酸內(nèi)酯的濃度升高時(shí)，細(xì)菌體內(nèi)的某些基因被激活，分泌出構(gòu)成胞外基質(zhì)的蛋白成分，從而形成完整的生物膜結(jié)構(gòu)。
強(qiáng)生公司亞太地區(qū)研發(fā)部總監(jiān)俞大鑫以蛀牙為例，描述細(xì)菌生物膜的致病原理。牙齒上的菌斑生物膜會(huì)產(chǎn)生大量的酸，酸溶解牙齒就會(huì)形成蛀牙。因此要控制蛀牙，首先需把菌斑生物膜控制住，以減少酸的產(chǎn)生。“只有把菌斑控制住，氟才能強(qiáng)化牙齒生長(zhǎng)。這就是為什么防蛀牙膏里不但含有氟，還有一些殺菌成分。”
隨著現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的發(fā)展，新型生物材料的應(yīng)用日益增多，生物材料相關(guān)感染率逐年上升。據(jù)流行病學(xué)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，99%的機(jī)械通氣患者氣管插管處有細(xì)菌定植并反復(fù)感染，導(dǎo)尿管相關(guān)泌尿系統(tǒng)感染發(fā)生率為92%～93%。
“生物膜細(xì)菌對(duì)于抗菌藥物具有天然的抵抗能力，它的耐藥機(jī)制與單個(gè)細(xì)菌迥然不同。”生物膜之父、加拿大皇家科學(xué)院院士Bill Costerton告訴《科學(xué)時(shí)報(bào)》記者，不攜帶耐藥基因的敏感菌形成生物膜后，對(duì)抗菌藥物的敏感性會(huì)降低，但當(dāng)細(xì)菌脫落為浮游菌后，又很快恢復(fù)對(duì)抗菌藥物的敏感性。“當(dāng)感染部位的細(xì)菌或生物材料污染的細(xì)菌一旦形成生物膜，即使使用正常劑量成百倍甚至上千倍的藥物也不易治愈。”
施文元認(rèn)為，生物膜細(xì)菌強(qiáng)大的耐藥性與生物膜的結(jié)構(gòu)息息相關(guān)。如何應(yīng)對(duì)生物膜細(xì)菌的耐藥性？他給出了兩種辦法：一是研發(fā)新的抗生素；二是打碎生物膜，讓細(xì)菌分割開(kāi)來(lái)。“但無(wú)論哪種辦法，都必須清楚了解生物膜的形成機(jī)理和結(jié)構(gòu)。”
在最近的研究中，Bill Costerton正嘗試向細(xì)菌群體發(fā)送錯(cuò)誤信號(hào)，使其通過(guò)接受錯(cuò)誤信號(hào)自動(dòng)解離。他希望，通過(guò)阻斷信號(hào)通道，破壞細(xì)菌生物膜結(jié)構(gòu)。比如，放正負(fù)微電流在生物膜兩端，讓電流擾亂生物膜細(xì)菌。“當(dāng)然，還可以再加入一些抗生素，這樣才有去除生物膜的可能。”
