细菌生物膜的耐受性、耐药性和治疗策略研究新进展

细菌生物膜与人类健康密切相关。生物膜引起的慢性和复发性感染是当前临床面临的一项重要挑战。生物膜对抗菌药物和宿主免疫系统的抵抗力是导致感染持续存在和反复发作的主要原因。生物膜的高度耐受性和耐药性导致常规抗菌药物无法高效根治生物膜相关性感染,迫切需要研究新型高效的生物膜预防和治疗策略。本文就生物膜的耐受性、耐药性和治疗策略研究新进展作一述评和展望。

噬菌体抗细菌生物膜机制及应用策略的研究进展

细菌生物膜(bacterial biofilms,BF)是细菌在生物或非生物表面所形成的复杂微生物群落,其形成显著增强了细菌毒力和耐药性,与高比例的慢性细菌感染相关,对人类健康造成严重威胁。传统抗生素和常用消毒剂在清除生物膜方面的能力有限,迫切需要一种有效的新策略治疗细菌生物膜。噬菌体(bacteriophage,phage)作为一类能感染并裂解细菌的病毒,具有较高的安全性和特异度,被认为是治疗细菌生物膜有前景的替代方法。该文综述了噬菌体抗细菌生物膜的作用机制、基于噬菌体及其衍生物在防控细菌生物膜形成的应用策略,为开发高效的噬菌体抗细菌生物膜方法提供新思路。

细菌生物膜耐药机制与纳米生物治疗研究

由细菌生物膜造成的耐药是感染性疾病的临床挑战,严重危害人类健康。细菌定植在机体后产生胞外基质形成生物膜,其具有结构致密、高黏附性、药物低渗等特征,是临床传统药物治疗感染性疾病失败的关键原因。因此,亟待开发抗细菌生物膜感染的新型治疗策略,应对日益严峻的耐药感染。纳米生物材料具有特异靶向、智能递送、载药量高、毒副性低、穿透性强等优势,被广泛用于细菌生物膜相关感染的治疗。本文阐述了细菌生物膜的生物学特性及其耐药分子机制,介绍了纳米生物材料通过破坏成熟生物膜、阻断细菌通信、抑制细菌代谢和增强生物膜渗透等策略治疗细菌感染的进展,并展望了纳米材料生物治疗的发展趋势与转化前景。

探讨中药及其成分对细菌生物被膜耐药抑制作用的研究进展

细菌生物被膜是细菌对抗生素产生耐药的关键作用靶点,主要涉及被膜屏障功能、外排泵表达以及膜内微环境等多个方面作用。传统中医药经历了几千年的发展,具有来源广、成分复杂、不易产生耐药等多方面优势,在治疗耐药菌所致的感染性疾病上见解独到。中药及其成分除了具有一定的抗菌效果以外,还可以通过抑制、破坏被膜,提高被膜通透性,改变外排泵表达等来降低细菌生物被膜的耐药作用。本文主要通过收集整理国内外相关文献,梳理总结细菌生物被膜的主要耐药机制以及中药及其成分对细菌生物被膜耐药抑制作用的相关研究成果,以期为更好的解决细菌耐药性增加这一严峻问题提供新的治疗思路与方法,并为中药在治疗细菌感染性疾病的应用上提供较为充分的理论依据。

砂浆粗糙度对污水硫氧化细菌生物被膜特征的影响研究

为分析粗糙度对硫氧化细菌生物被膜特征的影响,通过超景深显微镜、扫描电子显微镜、能谱仪、紫外分光光度计等表征方法,研究了污水环境中的硫氧化细菌在不同粗糙度砂浆试件表面形成生物被膜的宏观形貌、微观形貌、微生物数量、蛋白质含量及生物被膜厚度。结果表明:随着龄期的增加,试件粗糙度对硫氧化细菌生物被膜的宏观形貌、微观形貌及结构、生长脱落总周期影响不大,但会影响生物被膜的形成分布,粗糙度较大会延长生物被膜的黏附时间,并导致部分生物被膜提前脱落。

构建内固定术后早期感染细菌生物膜形成灌注冲洗的动物模型

背景:骨科内固定术后感染细菌生物膜形成的治疗是临床非常棘手的问题,建立内固定术后早期感染细菌生物膜形成的灌注冲洗动物模型对探索该病的治疗方法具有重要意义。目的:建立可用不同药物灌注冲洗治疗内固定术后早期感染细菌膜形成的动物模型。方法:选取6只新西兰大白兔,暴露双侧股骨表面并钻孔,将定植铜绿假单胞菌的接骨板(实验组)和空白接骨板(空白对照组)各植入一侧钻孔周围,留置2条引流管并固定分别作为“入口”和“出口”,模拟灌注后保留浸泡一定时间后再进行冲洗。术后5 d,观察兔体温、伤口情况、引流液细菌培养及接骨板结晶紫染色、扫描电镜检查结果。结果与结论:①6只兔术后患肢活动不便,术后第2-4天出现体温升高,实验组部分伤口处可触及局部肿胀,空白对照组伤口愈合良好;②引流液细菌培养结果显示,实验组铜绿假单胞菌向周边扩散或蔓延;术后5 d,实验组接骨板结晶紫染色后呈紫色,酶标仪检测570 nm处吸光度值为2.621±0.088,提示存在细菌;③术后5 d的扫描电镜显示,实验组接骨板表面可见大量细菌微菌落,形成类似“磨菇样”“塔状”的高度组织不均匀性三维立体结构,高倍镜下可见“磨菇样”结构之间有丝状连接的水通道,是典型的生物膜结构且致密度极高,空白对照组未见明显菌落形成;④结果显示该动物模型模拟了内固定术后早期感染生物膜形成后的状态,提供了一种可用不同药物进行灌注冲洗的方法。

四川石亭江不同粒径床沙生物膜细菌群落差异研究

附着在河床泥沙表层的生物膜中含有的大量微生物,在河道有机物分解及碳氮循环等过程中扮演着重要角色,然而,不同粒径河床泥沙表层生物膜中细菌群落的组成差异尚不明确。基于在石亭江河道实测的4组不同粒径泥沙表层生物膜样品,通过理化因子测定与高通量测序,对不同粒径泥沙表层生物膜中的细菌群落组成进行了研究。结果表明:粒径<2 mm与>2 mm的泥沙表层生物膜细菌的群落组成有明显区别,门水平与属水平下的物种丰度存在显著差异;最细泥沙(<2 mm)表层生物膜细菌具有最高的Shannon指数和Chao指数,即多样性最高;堰上游泥沙生物膜细菌的多样性也要高于堰下游,这可能是由于堰下游河床的冲刷不利于附石细菌的生长。ANOSIM统计检验显示,相比泥沙粒径,空间位置对石亭江附着生物膜细菌群落结构组成的影响更大。研究成果可为山区河流生态修复提供参考。

中西医干预细菌生物膜导致长期不愈合足溃疡的效果分析

目的研究中西医干预细菌生物膜导致长期不愈合足溃疡的临床效果。方法76例细菌生物膜导致长期不愈合足溃疡患者,按照随机数表法分为对照组和观察组,每组38例。对照组行西医干预,观察组行西医+中医干预。比较两组患者溃疡愈合情况,辅助性T细胞(Th)1/Th2表达[肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、白细胞介素(IL)-2、干扰素-γ(IFN-γ)、IL-4、IL-5、IL-10],临床效果。结果观察组渗液量、肉芽颜色、皮温、疼痛程度、溃疡面积评分分别为(1.75±0.52)、(1.64±0.49)、(1.82±0.45)、(1.87±0.60)、(1.48±0.37)分,较对照组的(2.17±0.64)、(2.03±0.62)、(2.19±0.57)、(2.36±0.71)、(1.84±0.56)分低(P<0.05)。干预后,观察组TNF-α(5.52±1.71)pg/ml、IL-2(6.74±1.49)pg/ml、IFN-γ(13.97±2.16)pg/ml均低于对照组的(6.69±1.86)、(7.87±1.61)、(15.56±2.34)pg/ml,IL-4(7.35±1.32)pg/ml、IL-5(1.52±0.37)pg/ml、IL-10(9.38±1.63)pg/ml均高于对照组的(6.49±1.25)、(1.29±0.31)、(8.29±1.59)pg/ml(P<0.05)。观察组临床总有效率94.74%高于对照组78.95%(P<0.05)。结论细菌生物膜可致长期不愈合足溃疡,经中西医联合干预后,效果良好,不仅能调节Th1/Th2表达水平,积极控制炎症反应,还能有效清除细菌生物膜,促进溃疡的愈合。

表面处理抑制3D打印树脂表面细菌生物膜形成的研究进展

3D打印树脂的可塑性、即时性比传统树脂、数字切削树脂更有优势,但其表面存在颗粒感、阶梯层的先天缺陷,粗糙的表面更有利于细菌定植。如何有效抑制细菌黏附、减少细菌生物膜形成成了临床难点,本文就此作一综述。

MUC5AC、MUC5B在慢性鼻-鼻窦炎患者中的表达及与细菌生物膜形成的关系分析

目的探究黏蛋白5AC(MUC5AC)、黏蛋白5B(MUC5B)在慢性鼻-鼻窦炎患者中的表达及与细菌生物膜形成的关系。方法回顾性选择2020年12月至2023年4月行鼻内窥镜手术的50例慢性鼻-鼻窦炎患者作为观察组,另选取50例病理保存的健康标本作为对照组。采用免疫荧光及免疫印迹分别检测鼻黏膜组织中MUC5AC、MUC5B及蛋白表达,应用激光扫描共聚焦显微镜观察细菌生物膜阳性表达并进行Lund-Kennedy评分,扫描电镜下观察细菌生物膜形态,采用Pearson法分析MUC5AC、MUC5B与细菌生物膜阳性评分的相关性。结果观察组患者鼻黏膜组织中的MUC5AC、MUC5B阳性细胞表达高于对照组,差异均有统计学意义(t分别=54.27、61.18,P均<0.05)。观察组鼻黏膜组织中的MUC5AC、MUC5B蛋白表达高于对照组,差异均有统计学意义(t分别=43.51、70.90,P均<0.05)。观察组患者细菌生物膜阳性评分高于对照组,差异有统计学意义(t=8.96,P<0.05)。扫描电镜显示,观察组患者的黏膜组织表面伴黏附聚集、倒伏且部分组织伴丧失,对照组黏膜无明显病变反应。MUC5AC及MUC5B均与细菌生物膜阳性评分呈正相关(r分别=0.37、0.30,P均<0.05)。结论慢性鼻-鼻窦炎的MUC5AC、MUC5B与细菌生物膜形成具有显著正相关,临床诊疗中加强对于MUC5AC与MUC5B的检测对疾病的检出及后续治疗方案的实施具有重要意义。

细菌生物被膜(bacterial biofilm)的研究进展

细菌生物被膜由物体表面集聚生长的细菌群落和细胞外基质构成 ,植入性医用器械表面较多见 ,其结构包括主体生物被膜层、连接层、条件层和基质层。细菌之间的信号传导影响着生物被膜的异化形成。生物被膜相关感染治疗较难 ,易慢性化及反复发作。抗生素或其他化学杀菌剂及金银包裹导管等医用材料表面是常用的预防方法。已形成的生物被膜可用物理方法或某些抗生素清除 ,而生物学控制是另一可能途径。

老年呼吸道感染患者KPN耐药趋势及PDR-KPN噬菌体生物学特性、抑制细菌生物膜形成特点

目的研究呼吸道感染患者肺炎克雷伯菌(KPN)的临床分布特点、耐药趋势及泛耐药肺炎克雷伯菌(PDR-KPN)噬菌体生物学特性、抑制细菌生物膜形成特点。方法回顾性分析临床分离的产超广谱β-内酰胺酶(ESBLs)和非产ESBLs KPN菌株的临床分布及耐药趋势。从呼吸道感染患者痰液中分离、纯化得到PDR-KPN噬菌体,观察噬菌斑形态。宿主菌液分成阴性对照(加入SM缓冲液)、处理组(加入PDR-KPN噬菌体溶液),以LB培养为空白对照,采用酶标仪测定吸光度值,计算生物膜破坏率及抑制率。结果KPN主要分离于痰液1316株(71.41%)、尿液126株(6.84%)、血液112株(6.08%),KPN检出率从2019年的29.90%上升至2022年的38.31%。产ESBLs菌、非产ESBLs菌对氯霉素、阿莫西林、庆大霉素的耐药率比较高,而对亚胺培南、美罗培南的耐药率比较低(不超过2%),非产ESBLs对主要抗生素的耐药率均低于产ESBLs。PDR-KPN噬菌斑在双层平板上呈圆形、透亮,大小较为均一,直径约为1.6 mm。以感染复数(0.001、0.010、0.100、1.000)共同对噬菌体和宿主菌实施培养,生物膜抑制率均为(44.87±5.54)%。随着噬菌体效价的升高,生物膜破坏率逐渐升高,当效价为1×10^(9)PFU/ml时,生物膜破坏最高达(41.73±2.61)%,效价为1×10^(10)PFU/ml时呈降低趋势。结论2019~2022年ESBLs检出率总体呈上升趋势,对非β-内酰胺类抗菌药具有均较高耐药性,对碳青霉烯类抗菌药物具有较高敏感性。PDR-KPN噬菌体可破坏宿主菌的生物膜及抑制宿主菌生物膜的形成。

激光活化技术对细菌生物膜的清除效果

目的:评价超声、声波及激光活化技术对细菌生物膜的清除效果。方法:选取健康志愿者龈上及龈下菌斑,羟基磷灰石(hydroxyapatite,HAP)片包被胶原作为载体,厌氧培养21 d形成细菌生物膜,分为对照组和实验组,实验组分别应用传统注射器冲洗(conventional needle irrigation,CNI)、被动超声冲洗(passive ultrasonic irrigation,PUI)、EDDY声波冲洗、Nd:YAG激光、半导体(Diode)激光、Er:YAG激光光子引导光声流(photon-initiated photoacoustic streaming,PIPS)和光波增强光声流(shock wave enhanced emission photoacoustic streaming,SWEEPS)联合1%次氯酸钠(NaOCl)处理,刮取HAP片上细菌生物膜,梯度稀释后厌氧37℃恒温培养72 h后进行菌落计数,同时采用荧光定量聚合酶链反应(PCR)方法对细菌通用基因及中间链球菌(Streptococcus intermedius,S.i)基因的拷贝数进行检测。采用SPSS 22.0软件进行统计分析。结果:初始可培养细菌数为(11.33±2.50)×108 CFU/mL,CNI组平均杀菌率最低为71.23%,Nd:YAG及Diode激光平均杀菌率分别为86.46%和87.06%,显著高于CNI组(P<0.01)。PUI、EDDY及PIPS平均杀菌率达98.43%、99.11%及99.34%,均显著高于CNI组、Nd:YAG组及Diode激光组(P<0.01)。SWEEPS杀菌率最高达99.93%,与各组比较差异有统计学意义(P<0.05或P<0.01)。SWEEPS组细菌通用基因及S.i基因拷贝数最少,与对照组、CNI组、Nd:YAG组及Diode激光组比较差异有统计学意义(P<0.05)。结论:激光活化次氯酸钠冲洗液可显著提高对细菌生物膜的灭菌效果,其中Er:YAG激光SWEEPS模式杀菌率最高。

6种中药水提物对金黄色葡萄球菌体外生物被膜形成的影响

试验旨在探究苦参、连翘、白头翁、蒲公英、黄柏和五倍子等6种中药水提物对金黄色葡萄球菌生物被膜形成的影响。通过银染法和结晶紫染色法检测6种中药水提物对金黄色葡萄球菌生物被膜的黏附和抑制作用。结果显示,中药水提物减少了金黄色葡萄球菌生物被膜的黏附;与对照组相比,在6种中药水提物作用下,金黄色葡萄球菌生物被膜洗脱液的OD_(590nm)值均极显著降低(P<0.01),其中五倍子水提物的抑制效果最优,抑制率为74.9%。研究表明,6种中药水提物均能够抑制金黄色葡萄球菌生物被膜的形成,其中五倍子水提物效果最好。

模拟人体膀胱体外构建仿生尿流应力细菌生物膜动态孵育系统

目的:模拟人体膀胱体外构建仿生尿流应力细菌生物膜动态孵育系统,探讨该系统的应用效果。方法:体外构建细菌生物膜动态孵育系统,采用大肠埃希菌为实验菌,硅胶膜片为成膜载体,建立5种尿流应力输出:生理白天和夜间分泌、生理白天排尿、病理白天和夜间排尿;设置2组仿生尿流应力流转方案:生理组和病理组。观察仿生尿流应力刺激下大肠埃希菌生物膜形成特点。检测方法包括:生物膜细菌活菌计数,荧光染色结合激光共聚焦显微镜观察,测定生物膜细菌荧光图像平均光密度值,构建生物膜立体图测量其厚度。测值多组间均数比较采用单因素方差分析(one-way analysis of variance,ANOVA),组内均数两两比较采用LSD-t法。结果:各组内比较结果显示,随孵育时间延长,生物膜细菌活菌计数值均逐渐增加,病理组48 h、静态组和生理组60 h显著增加并达到峰值(cP=0.000);生物膜细菌荧光图像平均光密度值和生物膜厚度测值均逐渐增加,病理组48 h、静态组和生理组72 h显著增加并达到峰值(cP=0.000);各组内其余测值差异无统计学意义(P>0.01)。各组间比较结果显示,与静态组比较,生理组和病理组36 h、48 h、60 h、84 h、96 h生物膜细菌活菌计数值均显著增加(aP=0.000),与生理组比较,病理组增加更为显著(bP=0.000);与静态组比较,生理组96 h,病理组48 h、96 h生物膜细菌荧光图像平均光密度值显著增多(aP=0.000),生理组72 h,病理组48 h、96 h BF厚度测值显著增多(aP=0.000);与生理组比较,病理组48 h、96 h细菌荧光图像平均光密度值和生物膜厚度测值均显著增多(bP=0.000);各组间其余测值差异无统计学意义(P>0.01)。结论:本研究模拟人体膀胱体外成功构建细菌生物膜动态孵育系统,经验证仿生尿流应力显著促进大肠埃希菌生物膜形成。

细菌生物膜抵抗消毒剂的研究进展

细菌生物膜(biofilm)是一种被自身细胞外基质包裹在内的细菌群落。生物膜可增加细菌对传统消毒剂的抗性,是导致院内患者反复感染、威胁食品工业安全的主要原因之一,对公共卫生健康造成了严重影响。尽管现有研究对细菌生物膜介导的消毒剂抗性进行了大量报道,但研究的系统性和深度仍有待加强。为此,本文将细菌生物膜通过限制消毒剂扩散、细菌适应性调节、群体感应等方式对消毒剂产生抗性的机制进行综述,并总结概括了目前较有应用前景的生物膜消除策略,以期为后续深入研究及策略设计提供思路。

拟穴青蟹循环水养殖系统生物滤池细菌群落变化

【目的】探究拟穴青蟹(Scylla paramamosain)循环水养殖系统(Recirculating aquaculture systems,RAS)生物滤池启动过程中细菌群落的演替过程,为设计适合拟穴青蟹RAS养殖的生物过滤器提供指导。【方法】在2、5、10、20、30、40、50 d检测RAS养殖池的水质,采集填料生物膜和养殖池水体微生物样品,采用多种生物信息学分析方法研究生物膜微生物群落演替过程,并运用实时荧光定量PCR技术检测生物膜碳循环和氮循环功能基因拷贝数。【结果与结论】氨氮(NH4+-N)、分子氨(NH3)和亚硝态氮(NO2--N)的质量浓度总体呈先上升后下降趋势,硝态氮(NO3--N)和总氮(TN)在实验结束时(50 d)积累,总有机碳(TOC)质量浓度在前10 d保持稳定,从10 d至50 d呈先升高后下降趋势,差异显著(P<0.05),且总氮和硝态氮质量浓度对生物膜细菌群落变化的影响最大。生物膜细菌群落的多样性、均匀性和丰富度在10 d达到峰值,然后达到平稳状态。基于FAPROTAX的功能预测发现生物膜大多数功能主要富集在氮循环和有机物降解这两方面,生物膜碳循环和氮循环绝对基因拷贝数随时间增加总体呈升高趋势。根据FEAST分析结果,除10 d以外,前20 d同一时期的水体细菌对生物膜的贡献较高,后30 d主要来源于生物膜本身前期细菌贡献,且贡献率随时间增加呈增长趋势,到后期趋于稳定。结果表明,拟穴青蟹RAS生物滤池启动过程中,生物膜的细菌群落结构随时间增加变化显著,功能主要富集在氮循环和有机物降解这两方面,生物膜细菌来自本身细菌的贡献率也逐渐升高,到后期趋于稳定。

ZnO/PDMS对生物被膜形成和厚壳贻贝稚贝附着的影响及在养殖网箱的潜在应用

为探究养殖网箱表面涂层对海洋污损的防污性能,研究在Glass基底上以聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)为成膜剂,填充不同浓度(3.5wt%、7.5wt%、11.25wt%、15wt%)的ZnO纳米粒子,采用流延法制备ZnO/PDMS涂层后,将基底投放于浙江嵊泗枸杞岛自然海域(30.72°N,122.76°E),测试该涂层表面所成生物被膜情况,及其对厚壳贻贝稚贝附着的影响。结果显示:生物被膜的生物量随基底投放时间的增加而增加。在28d时,填充ZnO纳米粒子各实验组生物被膜的细菌密度、硅藻密度及其对厚壳贻贝稚贝附着的诱导能力显著低于未添加组。与Glass相比,15wt%ZnO/PDMS上28d生物被膜细菌密度下降了43.25%、硅藻密度下降了91.59%;厚壳贻贝稚贝附着率同比Glass组及PDMS组分别下降了75.41%和62.50%。利用MiSeq测序技术评估15wt%ZnO/PDMS上28d生物被膜群落结构发现,与Glass相比,ZnO/PDMS通过降低嗜冷杆菌属(Psychrobacter)相对丰度,提高罗氏菌属及维诺格拉德斯基氏菌属(Winogradskyella)相对丰度,改变了细菌群落的组成。因此,ZnO/PDMS通过降低生物被膜的生物量及改变细菌群落结构丰度来影响自然生物被膜的形成,并抑制了厚壳贻贝稚贝的附着。

控制细菌生物膜感染的可替代策略-噬菌体疗法

在自然界中,细菌常以细菌生物膜的形式存在,其形成给公共卫生、食品安全、环境等诸多领域带来了不利影响。复杂的细菌生物膜结构为生理多样化的细菌细胞提供了保护屏障,细菌生物膜的形成是细菌感染及细菌抗药耐药性问题出现的主要驱动因素。噬菌体是细菌的天敌,细菌与噬菌体之间的共同进化迫使噬菌体开发特定的策略来克服生物膜防御屏障并杀死细菌。本文总结了细菌生物膜的组成、结构、形成过程及噬菌体对细菌生物膜的感染机制;综述了基于噬菌体及其衍生物对抗生物膜和耐药细菌感染的最新研究进展;最后,针对目前噬菌体疗法存在的问题进行了讨论,以期发现和更好地利用噬菌体的天然抗菌潜力,促进新型、高效的细菌生物膜检测及控制技术进一步发展。

不同抗菌肽对口腔细菌生物膜抑制作用的研究

目的:研究多种不同来源的抗菌肽抑制细菌生物膜形成的能力以及抗菌机制。方法:使用5种不同来源的抗菌肽(buCaTHL4B,HumanCalcitemin,Im-4,Pis1,Pis2)处理多菌种口腔生物膜分析模型,使用激光共聚焦显微镜筛选二种杀菌效果最强的抗菌肽并检测其单独及联合氯己定抑制生物膜形成的作用效果。结果:buCaTHL4B和Im-4的杀菌效果较强,杀菌率分别为39.00%±9.39%、42.90%±10.72%。buCaTHL4B和Im-4分别与氯己定(CHX)联合使用时杀菌效果均优于单独使用(P<0.001)。动态检测结果显示,Im-4组在72h总生物膜体积与空白组和buCaTHL4B组均有显著差异(P<0.01);bu-CaTHL4B组在24、48、72h较Im-4组的杀菌率均显著增加(P<0.001)。结论:buCaTHL4B和Im-4具有较强的杀菌效果,buCaTHL4B长期作用效果优于Im-4,而Im-4作用机制主要在于抑制细菌生物膜形成。