演示文稿9教學(xué)ppt課件

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1、細(xì)菌生物被膜相關(guān)機制的研究主要內(nèi)容一、細(xì)菌生物被膜的結(jié)構(gòu)特點二、細(xì)菌生物被膜的形成機制三、細(xì)菌生物被膜抗藥性機制四、細(xì)菌生物被膜的研究技術(shù)五、細(xì)菌生物被膜的相關(guān)治療方法一、細(xì)菌生物被膜的結(jié)構(gòu)特點生物被膜（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)。結(jié)構(gòu)：由外到內(nèi)依次為：①生物被膜層（bulkofbiofilm）②連接層（linkingfilm）③條件層（conditioningfilm）④基質(zhì)層（substratum)化學(xué)組成?水分（97%）——是生物膜的生命

2、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生物被膜內(nèi)部細(xì)胞獲得營養(yǎng)的途徑：一、位于生物被膜中心或底部的細(xì)胞處于靜止?fàn)顟B(tài)，減少對營養(yǎng)物的需求；二、生物被膜中保持水流通道，增加生物被膜的表面積和對流轉(zhuǎn)運能力；三、菌體從生物被膜上脫落，釋放出小塊生物被膜和單個細(xì)胞，從而獲得更多的營養(yǎng)。二、細(xì)菌生物被膜的形成機制1.生物被膜的形成過程2.生物被膜形成的相關(guān)基因3.生物被膜的調(diào)控機制1.生物被膜的形成過程（1）粘附（adherence）：當(dāng)無菌的醫(yī)用植入器材(多為生物材料

3、多聚物)植入體內(nèi)之后，其表面立即被唾液、血液、尿液及胃腸道內(nèi)黏液等各種體液包圍，各種糖蛋白、粘多糖、金屬離子和其它成分會在數(shù)分鐘內(nèi)滲透并吸附到其表面，形成條件膜。條件膜象網(wǎng)一樣覆蓋基質(zhì)表面，使細(xì)菌到達(dá)時能夠看見膜的成分，并進(jìn)一步吸附其上。鈉、鎂等陽性金屬離子便常常作為帶負(fù)電的細(xì)菌和帶負(fù)電的物體表面(自然界多數(shù)表面都帶負(fù)電)連接的橋梁。細(xì)菌有多種粘附表面的策略：1.細(xì)菌外膜蛋白與特定材料表面的結(jié)合具有高度親和性。這種策略的局限性在于細(xì)菌必須和表面之間的距離足夠近,才能使外膜蛋白起到粘附作用。2.利用游離細(xì)菌

4、產(chǎn)生的粘性長鏈胞外多糖協(xié)助起始吸附。雖然這種粘附作用的特異性較低,但是利用多糖的長度優(yōu)勢,可以克服細(xì)菌與疏水表面之間的靜電排斥力,細(xì)菌分泌的多糖通常具有多種化學(xué)官能團,能夠與疏水表面之間產(chǎn)生共價鍵、氫鍵、疏水作用力和靜電引力以促進(jìn)吸附。3.運動細(xì)菌還具有其它的吸附策略,鞭毛和IV型菌毛等都具有粘性末端,它們也可以與胞外多糖一起完成細(xì)胞和疏水表面的粘附。（2）增值（accumulation）已黏附的細(xì)菌通過分裂，使生物膜增厚，并分泌細(xì)胞外基質(zhì)，將細(xì)菌包裹在內(nèi)，同時形成通道與空隙供細(xì)菌進(jìn)行物質(zhì)代謝與信息交流。

5、參與此過程的細(xì)菌表面物質(zhì)主要有胞外多糖,蛋白質(zhì)，磷壁酸和細(xì)胞溶解所產(chǎn)生的細(xì)胞外DNA等。細(xì)菌為適應(yīng)自然環(huán)境而產(chǎn)生的變化：增加對紫外線的抗性、遺傳交換效率、降解大分子物質(zhì)的能力以及增加二級代謝產(chǎn)物的產(chǎn)率等。也正是BF細(xì)菌的這些特性導(dǎo)致了嚴(yán)重的臨床問題。（3）成熟（maturation）成熟的BF形成高度有組織的結(jié)構(gòu)，利用激光共聚焦顯微鏡觀察到成熟BF結(jié)構(gòu)是不均勻的，即具有不均質(zhì)性，它是由類似蘑菇形狀的微菌落組成的，在這些微菌落之間圍繞著輸水通道，可以運送養(yǎng)料、酶、代謝產(chǎn)物和排出廢物等。因此，有人將成熟的BF

6、內(nèi)部結(jié)構(gòu)比喻為原始的循環(huán)系統(tǒng)。當(dāng)細(xì)菌在增殖時可因菌種、營養(yǎng)、附著的表面和環(huán)境條件不同，形成疏松或致密以及厚薄不等的BF結(jié)構(gòu)。在BF成熟過程中，細(xì)菌的密度感應(yīng)系統(tǒng)起著非常重要的作用。例如，銅綠假單胞菌的密度感應(yīng)系統(tǒng)突變株，與野生菌株相比，其形成的BF較薄，缺少復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，且抗性較差。革蘭陰性細(xì)菌的密度感應(yīng)系統(tǒng)大多是利用N2?；呓z氨酸內(nèi)酯(N2acylhomoserinelactones,AHL)作為信號分子，AHL濃度隨細(xì)菌密度的增加而上升，當(dāng)AHL達(dá)到一個閾值時，可與一種轉(zhuǎn)錄激活子結(jié)合而激活，AHL和轉(zhuǎn)

7、錄激活子復(fù)合物進(jìn)一步誘導(dǎo)靶基因的表達(dá)。細(xì)菌密度感應(yīng)系統(tǒng)是細(xì)菌通過監(jiān)測其群體的細(xì)胞密度來調(diào)節(jié)其特定的基因表達(dá)，以保證BF中營養(yǎng)物質(zhì)的運輸和廢物的排出，避免細(xì)菌過度生長而造成空間和營養(yǎng)物質(zhì)的缺乏。研究發(fā)現(xiàn)與細(xì)菌生物膜形成有關(guān)的密度感應(yīng)系統(tǒng)主要有以下三類:(1)酰基高絲氨酸環(huán)內(nèi)酯(AHL)密度感應(yīng)系統(tǒng):存在于革蘭氏陰性菌中，其自誘導(dǎo)物為AHL類分子。LuxI蛋白是AHL合成酶，脂肪酸在LuxI蛋白作用下合成為AHL-LuxR是AHL的受體,是一種轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白。AHL可以自由通過細(xì)菌胞膜，當(dāng)細(xì)菌周圍環(huán)境中AHL的

8、濃度達(dá)到一定閾值后，就會激活細(xì)菌內(nèi)的LuxR蛋白,形成AHL-LuxR復(fù)合物，通過細(xì)菌內(nèi)的生化反應(yīng)作用于目的基因，啟動目的基因的轉(zhuǎn)錄。(2)自誘導(dǎo)肽(autoinducingpeptides,AIPs)密度感應(yīng)系統(tǒng):存在于革蘭氏陽性菌中,其自誘導(dǎo)物是AIPs,是細(xì)菌合成的氨基酸或寡肽。細(xì)菌分泌到胞外的AIPs濃度隨細(xì)菌密度的增加而升高,當(dāng)AIPs的濃度達(dá)到一定閾值時,就會激活細(xì)胞膜上的受體組氨酸蛋白激酶,使之自動磷酸化,組氨酸