与植物联合的细菌生物膜及其形成机制的研究进展

自然界中大多数微生物保持附着在生物或非生物体表面,处在一种具有结构的生物膜生态系统中,而不是自由游动状态．与植物联合的细菌在植物组织表面形成生物膜的能力是它们有效定殖和发挥促生作用的前提,与植物联合的细菌生物膜的研究已成为植物微生态研究领域的热点．文中系统介绍了与植物相联合的细菌生物膜的概念、形成机制及其基质组成成分,并提出了研究过程中应注意的主要问题．     

鲍曼不动杆菌生物膜抑制剂的设计合成及其活性测试

国内外临床实践和研究结果均证明细菌的耐药性、慢性感染疾病难以治愈和反复发作都与细菌的生物膜密切相关。生物膜顽固的黏附性和致密性对游离细菌的保护,使得细菌对抗生素的耐药性增加10~1000倍。基于群体行为控制的生物膜抑制剂开发有望提供解决思路,为此合成出9个具有生物膜抑制作用的化合物,并测试其生物膜抑制活性。研究发现在20μmol的抑制剂条件下,其中8个化合物均显示鲍曼不动杆菌的生物膜抑制活性,其中2个化合物在20μmol条件下生物膜抑制率超过60%,并且通过扫描电镜观察研究细菌在硅胶片表面的生长情况,在添加化合物6的硅胶片表面并未形成生物膜群落,而在未添加化合物的硅胶片表面形成了生物膜群落,进一步说明了合成化合物对生物膜的抑制作用。     

没食子鞣质及其有效提取物对牙菌斑生物膜形态结构和活性的作用

研究药物没食子鞣质及其有效提取物对牙菌斑生物膜形态结构和活力的影响,了解常态生物膜形成过程中生物膜活力的变化,以及药物作用下生物膜形态结构和活力的变化,探讨药物对牙菌斑生物膜的作用机制.采用倒置荧光显微镜结合特异荧光染料标记常态牙菌斑生物膜生长过程中死菌和活菌变化,及药物处理后牙菌斑生物膜中死菌和活菌的构成,观察常态牙菌斑生物膜形竺过程中生物膜结构及活力的变化以及药物作用下生物膜形态结构和活力的变化;研究和评估常态牙菌斑生物膜的形态结构和细菌活力及实验药物对牙菌斑生物膜结构和细菌活性的影响.结果显示,从早期细菌定植粘附到形成成熟生物膜结构的各个过程中都存在一定数量的死菌.24 h常态生物膜结构中活菌面积占主导地位,有少量的死菌存在,细菌互相紧密粘附在一起,生物膜结构清晰,其间有各管道结构.0.05%洗必泰24 h细菌生物膜作用后,细菌总量明显下降,残存滞留的细菌基本为死菌.0.023%的氟化钠(NaF)作用细菌生物膜后,生物膜结构发生了明显的变化,细菌总量明显减少,但是存在的细菌以活菌为主.经过4mg/mL的没食子鞣质及其有效提取物作用后,生物膜中各管道结构模糊不清,细菌变得散开,生物膜细菌总量减少,与24 h常态生物膜比,有显著差异(P<0.05),生物膜结构密度下降,其中有大量的死菌和部分活菌存在.实验组活菌百分比与阴性对照组活菌百分比相比有显著差异(P<0.05).由此得出结论,实验药物对牙菌斑生物膜的作用一方面是对生物膜中细菌的杀灭,另一方面是改变牙菌斑孝竺膜的形态结构,降低生物膜密度及调整生物膜内部死活菌的比例.     

细菌生物膜与各微生物类群之间的作用关系

从细菌生物膜与真菌、其他细菌、原生动物及噬菌体4个角度对其作用进行了综述。在细菌与真菌之间,生物膜不仅是细菌的拮抗手段,也可介导两者之间的共存。在应对异种细菌时,其作为一种物理防御手段与入侵者竞争。遭受原生动物捕食时,生物膜的致密程度上升以应对原生动物的冲击,或是减少生物膜形成,形成不易被掠食的微菌落。而在抵抗噬菌体侵染方面,生物膜的作用包括使菌体紧密排列,调节本身化学成分变化及群体感应功能,抑制噬菌体感染。     

细菌生物膜与抗生素耐药

抗生素耐药已成为一个全球关注的严重问题,也是科学界研究的热点问题.近年来的研究成果揭示,抗生素的耐药问题除了与耐药菌株的大量产生有关外,还与致病菌在人体内以生物膜(biofilms)的方式生长密切相关.生物膜是细菌粘附在物体表面上形成的一种具有高度结构性的膜状复合物,其主要成分为细菌分泌的胞外基质和细菌菌体.生物膜的形成显著增强了生物膜内细菌对抗生素、化学杀菌剂以及机体免疫系统的抵抗能力.结合国外近年来的研究成果,介绍了生物膜的发生发展,阐述了对人类健康的危害,重点讨论了细菌生物膜类感染难以根除的原因和对抗生素耐药的可能机制,并根据其特性对细菌生物膜类感染的防治提出一些看法.     

邻苯二甲酸酯对电活性生物膜性能潜在影响机制

为了进一步了解邻苯二甲酸酯(PAEs)类物质对电活性生物膜(EABs)的毒性作用,在总结目前自然水体和废水处理系统中PAEs浓度分布的基础上,分析了PAEs等毒害物质对生物膜的影响机制,指出PAEs对EABs性能的潜在影响机制主要包括影响电活性微生物的定殖、EABs的演替及EABs的功能三方面。     

生物膜和生物膜形成菌的研究

细菌生物膜是一个复杂的微生物群落,生物膜巾除了水和细菌以外,还含有细菌分泌的胞外聚合物、吸附的营养物质、代谢产物及DNA等细菌裂解产物.介绍细菌生物膜的形成过程,并综述了近年来医学领域以几种成膜力强的条件致病菌为研究对象,从基因水平上证实了细菌细胞表面结构鞭毛、纤毛、胞外聚合物和群体感应信号分子等细胞因子对生物膜形成的影响.     

植物类黄酮的生理功能与抗菌机制

类黄酮是植物产生于不同部位的一大类次生代谢小分子,在植物各器官履行多种生理功能;对人类健康有广泛的药理和有益作用,包括抗氧化活性、自由基清除能力、预防冠心病、抗动脉粥样硬化、保肝、抗炎和抗癌活性,已获得医药及保健业的高度关注;研究表明:类黄酮还能通过破坏细菌细胞膜、抑制细菌脂肪酸、粘肽层、核酸与电子传递链和ATP合成、抑制细菌金属酶活性等,发挥抗菌抑菌作用;在细胞水平上可阻止细菌粘附到宿主受体,抑制细菌生物膜形成,不仅选择性地针对细菌细胞,也抑制毒性因子以及其他形式的微生物威胁;一些植物类黄酮能明显逆转抗生素的抗药性,提高其药效;开发和应用类黄酮药物,对抗生素耐药感染可能是一有前途的方法。     

青岛港湾微型污损生物群落研究——不同涂层的碳钢/海水界面生物膜初探

 海洋微型污损生物膜会影响金属腐蚀过程和防污涂料性能,是污损生物群落的初级食物链,一直是国内外的研究焦点。研究了冬季青岛中港海水中暴露100余天的碳钢表面形成的腐蚀产物膜,以及载玻片、HT防腐涂层和NFGP600防污涂层表面形成的生物膜,采用电化学技术研究材料表面生物膜特征,运用SEM、EDS、XRD表征生物膜形态和物质组成,分析生物膜细菌、硅藻和原生动物的种类及形貌。研究表明,生物膜由细菌、硅藻、原生动物和海水中无机、有机颗粒组成;钢/海水界面同时发生钢的腐蚀和微型生物附着过程,两个过程互相作用使碳钢表面形成不定型、松软、不连续的腐蚀产物膜;防腐涂层表面生物膜由于原生动物对菌藻的蚕食和碳酸盐的存在,形成了较为疏松的生物膜,而防污涂层表面没有原生动物的影响,形成了致密的生物膜,在一定程度上能够隔绝海水环境。     

硝氮对狐尾藻附着生物膜细菌群落的影响

为探讨关于沉水植物表面附着微生物群落对硝态氮的响应机制,以沉水植物狐尾藻为研究对象,利用扫描电镜、16S rRNA高通量测序以及PCR扩增技术,探究4种硝氮浓度(2 mg/L、8 mg/L、20 mg/L和40 mg/L)和对照条件下狐尾藻表面细菌群落特征及相关反硝化基因的变化规律。结果表明:硝氮对生物膜的生长具有促进作用,但降低了生物膜细菌α多样性;β_SOR多样性指数表明硝酸盐胁迫下细菌群落构建由物种更替主导;Proteobacteria、Planctomycetes、Cyanobacteria和Bacteroidetes是生物膜的优势门;与对照相比,硝氮刺激了反硝化细菌(Rhodobacter、Acinetobacter和Bacillu)的生长及反硝化基因(napG、nirS、cnorB、qnorB和nosZ)丰度的增加;网络分析表明生物膜微生物间存在复杂的相互作用。这些结果表明微生物反硝化作用在湿地硝酸盐去除中发挥着重要作用。     

青岛中港微型生物膜中污损细菌群落初探

本研究拟通过揭示微型生物膜中的细菌群落特征,为污损生物学和海洋腐蚀学的微观研究提供参考和启示。试验采用3种方法:传统稀释涂布法、流式细胞仪计数法以及16srDNA扩增子高通量测序对青岛中港冬季海水以及玻璃板中微型生物膜中的污损细菌群落结构进行分析。试验结果表明冬季海水表层和底层中细菌的浓度分别为3.0×10~8 CFU/L和6.9×10~7 CFU/L,表层和底层玻璃板微型生物膜中的细菌浓度分别为7.2×10~7 CFU/L和2.1×10~7 CFU/L,海水和玻璃板中的细菌以Proteobacteria和Bacteroidetes为主。另外,海水中细菌群落结构组成与玻璃板微型生物膜中细菌具有较高的一致性。本研究利用不同的试验方法揭示微型生物膜中的细菌群落特征,对深入研究生物污损,从根本上解决海洋生物污损问题、制定绿色防污措施具有重要的现实意义。     

生物过滤处理微污染水机理分析

利用生物过滤处理微污染原水,分析了生物膜特性和生物相,对生物膜去除有机物、氨氮、铁、锰等的机理和生物膜净化作用特征进行研究.微污染原水中的氨氮和有机物是通过吸附、吸收、代谢、排出而得到去除的,其去除率分别为88%和30%,对铁的去除主要是接触氧化和生物的共同作用的结果,其去除率可达到94%以上,对锰的去除主要是依靠锰氧化细菌的催化作用,其去除率在90%以上.     

胞外聚合物(EPS)在藻菌生物膜去除污水中Cd的作用

基于藻菌生物膜在自然水体和污水生物处理工艺中起到去除水体中重金属的重要作用．在室内模拟实验的基础上探讨了丝藻(Ulothrix sp.)-细菌生物膜所分泌的胞外聚合物(EPS)与藻菌生物膜去除毒性金属Cd之间的关系．研究结果表明：EPS主要由丝藻产生，其含量与污水中Cd的去除率及生物膜中Cd的积累量之间相关性良好．处理含Cd污水生物膜和对照组的生物膜ATP的含量比较表明：Cd对藻菌生物膜整体上具有一定的毒性，并在一定程度上抑制了生物膜的活性和生物量的增长．而且，丝藻所分泌的EPS为与其共生的细菌及其本身提供了一个缓冲Cd毒性的微环境，这使藻菌生物膜能在不利的环境中保持较高的活性并能持续有效地去除水体中的Cd．     

基于多元相场理论的细菌生物膜生长动力学建模及其数值模拟

细菌生物膜普遍存在于自然界和工业环境中.将细菌生物膜视为由多种组元组成的不可压缩的黏性流体,结合多元相场理论、物质连续方程、动量守恒方程、溶质场控制方程和生物反应动力方程对细菌生物膜生长动力学进行建模.通过对模型的数值模拟,可以描述细菌和胞外聚合物在静态环境和动态环境中的生长状况以及营养物质的消耗规律.     

光照波长影响光合细菌生物膜生长特性实验

在平板式生物膜反应器内,研究波长范围为420~590 nm的3种不同单色光源对高效光合产氢细菌生物膜生长特性的影响进行实验,讨论了不同光照波长对沼泽红假单胞菌生物膜表面覆盖率、膜厚、干重和密度的影响。实验结果表明,不同的光照波长对生物膜生长速率及结构具有重要影响,在相同的时间间隔内,生物膜表面覆盖率随着光照波长的增加而增加,而光照波长对生物膜干重影响很小,在实验运行4 d后,生物膜厚度随着波长的增加而减小;光照波长越长,生物膜密度越高,这是由于较短的光照波长抑制了细菌的分裂及胞外高聚物的生成。     

微流控技术在生物膜研究中的应用

生物膜是由细菌及其分泌的胞外聚合物组成的微生物簇.目前,生物膜培养和研究多采用静态培养平台（如培养皿和孔板）,这种方式缺乏精准模拟理化微环境、高通量以及原位分析细菌行为的能力.近年来,微流控技术作为一种在微米尺度处理和操纵流体的新技术,在生物膜研究中的应用不断增加,且取得了一系列突破性进展.文章系统综述了最新的基于微流控技术的生物膜研究成果,总结并展望了微流控技术辅助生物膜研究的优缺点及未来方向,以期为全面了解和拓展微流控技术在生物膜研究中的应用提供帮助.     

亚硫酸钠对甲醛净化用生物膜填料塔中优势菌的影响

 以去除生物膜填料塔净化甲醛废气时溶解在喷淋液中的甲醛为对象,研究了在喷淋液中加入亚硫酸钠对甲醛净化用生物膜填料塔中优势菌的影响.实验结果表明:亚硫酸钠对生物膜细菌生长具有较好的促进作用;亚硫酸钠提高了生物膜填料塔对甲醛的净化效率;生物膜细菌优势菌仍为假单胞菌属.     

自然水体生物膜中微生物群落结构与组成分析

为深入了解自然水体生物膜微生态群落系统中微生物群落的组成与结构。采集松花江吉林江段自然水体生物膜为研究对象,对其中微生物的总DNA进行了提取;之后利用高通量测序技术对生物膜中细菌的16S rDNA基因进行了序列测定。分析了自然水体生物膜中微生物群落组成鉴定和相对丰度。物种分类显示,细菌种类隶属于15个门、31个纲、58个目、80个科和148个属,其中优势类群为变形菌门(Proteobacteria),其相对丰度分为63.50%。     

Shewanella algae对纯锌腐蚀性能的影响

【目的】在室内模拟条件下研究海藻希瓦氏菌(Shewanella algae)对纯锌牺牲阳极腐蚀的影响。【方法】利用微生物分析、交流阻抗测试技术、扫描电镜及荧光显微等方法,测试Shewanella algae的生长曲线、开路电位、电化学阻抗、表面形貌等。【结果】在含细菌体系中,细菌通过代谢活动消耗掉溶解氧,在试样表面形成一层生物膜。该生物膜阻挡了腐蚀介质与试样表面的接触,从而使试样的腐蚀受到抑制。荧光显微镜观察结果表明,浸泡7d,试样表面形成完整的生物膜,但随着营养物质及氧气的消耗,生物膜逐渐脱落。【结论】该细菌可以使纯锌试样的腐蚀电位升高,并且显著抑制试样的腐蚀。该细菌生物膜的形成需要一定的时间及充足的营养物质和氧气。     

近岸海洋细菌的群体感应与生物膜形成关系

检测分离获得的43株海洋细菌的群体感应信号分子及生物膜形成能力,评估细菌群体感应信号分子与生物膜形成能力之间的关系.结果显示,高丝氨酸内酯类化合物活性菌株(10株)中90%的菌株(9株)有很强的生物膜形成能力,且10株中的7株(70%)所形成的生物膜存在明显的细胞团.具有AI-2活性的菌株中67%的菌株具有较强的生物膜形成能力.结果中具有AHLs活性的菌株往往形成强的生物膜,并常能形成较大的细胞团.许多不能产生群体感应信号分子的菌株也具有较强的生物膜形成能力,可见对于环境细菌,群体感应信号分子的存在特别是AHLs的存在,趋向于是细菌生物膜形成的充分非必要条件.