生物被膜1
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
生物膜是什么 如何消除生物膜
证书
1)微生物附着；
2)固定并成膜；
3)快速增长；
生物膜造成重复污染
生物膜形成后会向四周环境释放微生物，造成持续的微生物污染。例如管道内壁的生物膜会持续污染流经管道的饮水、物料，造成严重的二次污染。
生物膜存在于哪些场所
生物膜形成于水系统的边界（干区和湿区的交界处—例如：洗漱台的排水管），同时也存在于水系统中（罐体、管道、灌装机以及与水有接触的表面）。
由于奥克泰士卓越的品质，很快在食品、饮用水、制药、日化、农牧业等领域得到迅速推广和应用。
杀菌原理
产品包装规格
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Oxytech/奥克泰士型号D50型包装格9kg/箱，25kg/桶
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具体信息请咨询奥克泰士中国经销商：济南辰宇环保科技有限公司
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生物膜也叫生物被膜，英文名称Biofilm formation，生物膜由微生物分泌的胞外聚合物（EPS），一层薄薄的黏液层组成，形成一种水凝胶或基质，保护微生物免受外部影响和消毒措施。在正常情况下，生物膜可以抵抗大多数化学杀菌剂的攻击。
生物膜图示
生物膜的生长阶段
从图中可以看到，生物膜形成过程中大致有3个阶段：
如何消除生物膜？
生物膜具有极高的抗性，对消毒剂来说是一个真正的挑战。
想要消除生物膜，需要采用对生物膜具有强力作用的消毒剂，该消毒剂应能强力破除生物膜并杀灭生物膜内部的全部类型微生物。
德国Oxytech/奥克泰士消毒剂能够强力消除生物膜，解决生物膜造成的微生物污染危害。
生物被膜名词解释
生物被膜名词解释
生物被膜是指生物体表面覆盖的一层薄膜，它是由多种化合物组成的，包括脂类、蛋白质、糖类等。
生物被膜在维持细胞结构和功能方面起着非常重要的作用。
生物被膜有以下几个重要的特点：
1. 细胞辨认：生物被膜上的糖类分子可以用来识别其他细胞，从而实现细胞间的辨认。
这种细胞辨认对于细胞间的相互作用和通信非常重要。
2. 细胞结构和稳定：生物被膜可以保持细胞的结构完整，并稳定细胞内的环境。
它能够阻止水和其他溶液成分非控制地通过细胞膜，从而维持细胞内外的浓度差。
3. 物质交换：生物被膜是细胞与外界进行物质交换的重要界面。
通过被膜上的各种通道和载体蛋白质，细胞可以将需要的物质吸收进来，也可以将废物排出细胞外，从而维持细胞内外环境的稳定。
4. 跨膜传导：生物被膜上存在许多跨膜蛋白，它们可以传导离子和小分子物质跨越细胞膜。
这些跨膜通道和载体蛋白质起到了细胞内外物质交换的重要作用。
5. 参与信号传导：生物被膜上的一些蛋白质可以作为受体或信号转导器参与细胞的信号传导。
当外界信号通过这些蛋白质活化时，会触发一系列影响细胞功能的内部反应。
总之，生物被膜是细胞内外环境交换、维持细胞结构稳定和参与信号传导的重要组成部分。
它不仅仅是细胞表面的一层薄膜，更是细胞功能和生存的关键之一。
生物膜 ppt课件
医疗的视角
在医疗领域，只要是存在非灭菌水的场所都 有可能形成生物膜。那些有非灭菌水附着 的表面，包括外来器械的缝隙、内镜的管 腔以及各种植入物都是生物膜滋生的场所 。生物膜很长时间内一直是齿科关注的对 象。牙菌斑就是生物膜的一种形式，而生 物膜也在齿科所用的水管与吸引器内存在 。
生物膜？
• 在温湿度，营养合适的任何表面 • 99%的细菌生活在生物膜内 • 好处：如生物修复，反刍 • 坏处：人体表面如牙齿，组织内，
植入物周边等
生物膜的定义
• 生物膜（或生物被膜）： • 集聚的细菌和细胞外物质，紧紧地粘附在
表面并不容易被去除
• 一些微生物，在水中或水溶液或体内（如
：血流）生长时，有能力粘附表面，然后 包埋在多聚糖基质中。基质含细胞，活和 死的微生物和多聚糖，阻止抗菌剂，灭菌 剂，消毒剂和抗菌素到达微生物
生物膜的特点
落
• －大量微菌落使ＢＦ加厚 • －细胞启动包间信号系统，产生胞间信号
生物膜的形成
• ３.ＢＦ的成熟：
• －结构不均匀，类似蘑菇形状的微菌落组成 • －菌落之间围绕着输水通道，可以运送养料，酶
，代谢产物和排出废物，形成原始的循环系统。
• 因菌种，营养，附着表面和环境不同，形成疏松
或致密以及厚薄不等的ＢＦ结构
• （3）如果有泡沫，取出器械时又会把粘附在 • 气泡上的污物带回到器械上，造成清洁不彻 • 底，从而影响消毒灭菌。 • 同时，泡沫也会增加清洗的时间。 • （4）泡沫会阻隔视线，清洗人员无法看清水 • 面下的情况，增加了清洗人员被水面下的刺 • 伤、割伤的危险，从而造成交叉感染。 • （5）泡沫容易造成自动清洗机排水管的堵塞 • 及吸液泵、排水泵的损坏，更换这些部件价 • 格昂贵。
细菌荚膜名词解释
细菌荚膜名词解释细菌荚膜是指覆盖在某些细菌细胞壁外的一层松散的黏液状物质，主要由多糖、蛋白质、透明质酸等成分组成。
它具有多种生物学功能，如保护细菌免受环境不利因素影响、参与细菌之间相互作用、帮助细菌逃避免疫攻击等，是细菌适应生存环境的一种重要结构。
下面将详细介绍细菌荚膜的各个方面。
1.荚膜多糖荚膜多糖是由细菌合成的一种高分子化合物，主要由糖醛酸、葡萄糖、果糖等组成。
它以水合状态的形式存在于荚膜中，起到增加细菌表面湿润度的作用，从而保护细菌免受干燥等环境不利因素的影响。
此外，荚膜多糖还参与细菌之间的相互作用，帮助细菌粘附到宿主体表或入侵细胞内。
2.荚膜蛋白荚膜蛋白是细菌荚膜中的另一种重要成分，它是一种结构复杂的糖蛋白。
荚膜蛋白在细菌表面以镶嵌形式存在，起到粘附和保护细菌的作用。
此外，荚膜蛋白还能调节细菌的免疫原性，减少人体免疫系统对细菌的识别和攻击，从而帮助细菌逃避免疫系统的清除。
3.透明质酸透明质酸是一种酸性粘多糖，它是人体细胞外基质和角膜等组织的主要成分。
在细菌荚膜中，透明质酸可以与荚膜多糖和荚膜蛋白结合，形成一层透明质酸层，这层结构可以保护细菌免受人体免疫系统的攻击，并帮助细菌在宿主体内定植和扩散。
4.抗干燥性细菌荚膜的抗干燥性是其重要特性之一。
由于荚膜的多糖和蛋白质成分，细菌荚膜能够为细菌提供一层保护屏障，抵抗干燥和高温等环境不利因素对细菌的损伤。
这种抗干燥性可以帮助细菌在环境中存活更长时间，并增加其在人体内的定植和感染机会。
5.免疫逃逸细菌荚膜能够抑制人体免疫反应，帮助细菌逃避免疫攻击。
一方面，荚膜可以降低免疫细胞对细菌的识别能力，使其不易被免疫系统清除；另一方面，荚膜还可以触发免疫细胞的凋亡，从而降低免疫反应强度。
这种免疫逃逸能力使得细菌能够在宿主体内长期存活并导致持续性感染。
6.致病性细菌荚膜与致病性密切相关。
一方面，荚膜的多糖和蛋白质成分可以提高细菌对环境的适应性，使其更易在宿主体内定植和存活；另一方面，荚膜还可以增强细菌的致病能力，如荚膜蛋白能够促进细菌与宿主细胞的粘附和入侵。
周德庆微生物学教程思考题参考答案
一、名词解释。
1.原核生物：就是广义的细菌没有核膜包被的细胞核，只有称作核区的裸露0附的原始的单细胞生物，包括真细菌和古生菌两大类群。
2.细菌：一类细胞细短、结构简单、胞壁坚韧、多以二分裂方式繁殖和水生性较强的原核生物。
3.费氏刺尾鱼菌：是在红海和澳大利亚海域生活的刺尾鱼肠道中发现的巨型的共生细菌, 细胞长度达到了 200-500〃m。
4.纳米比亚嗜硫珠菌：是迄今为止发现的最大的细菌，球状细胞，直径为0.32-1mm,用肉眼就可以看清楚，是在非洲西部大陆架的土壤中发现的，以海底散发的硫化氢为生。
5.革兰氏染色法：各种细菌经过革兰氏染色法染色后，可以分成两类，一类是被染成紫色的革兰氏阳性细菌，另一类是被染成红色的革兰氏阳性细菌，由丹麦医生C.Cram发明，故名。
6.（细菌）细胞壁：是位于细菌细胞最外层的一层厚实坚韧的外被，肽聚糖是其主要成分，具有固定细胞外形和提高机械强度，使其免受渗透压等外力的损伤；是细胞生长、分裂和鞭毛运动所必须的；阻拦大分子的有害物质进入细胞；赋予细菌以特定的抗原性和对特定抗生素及噬菌体的敏感性。
7.肽聚糖：又称黏肽，是真细菌细胞壁中的特有成分。
每一个肽聚糖单体都有三部分组成：双塘单位由一个N-乙酰葡糖胺通过6-1,4-糖苷键与另外一个N-乙酰胞壁酸相连；四肽尾由四个氨基酸分子按照L型和D型交替的方式连接而成；肽桥连接前后两个四肽尾分子，起桥梁作用。
8.磷壁酸：是革兰氏阳性菌细胞壁上的一种酸性多糖，主要由甘油磷酸或核糖醇磷酸构成。
与肽聚糖分子共价结合的，成为壁磷壁酸；跨越肽聚糖层与细胞膜的脂质层共价结合的，称为膜磷壁酸。
9.外膜：又称外壁，是革兰氏阳性菌细胞壁的特有结构，位于壁的最外层，由脂多糖、磷脂和若干种外膜蛋白构成。
有控制细胞透性、提高Mg2+浓度、决定细胞抗原多样性的作用。
10.脂多糖：由类脂A、核心多糖和O-特异侧链三部分组成，是位于革兰氏阳性细菌细胞壁最外层的一层较厚的类脂多糖类物质，其中的类脂A是革兰氏阳性病原菌致病物质内毒素的物质基础。
生物膜是什么如何消除生物膜
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DIN EN IS09001；DIN EN IS014001；IFS国际食品标准认证；EMAS欧盟牛 态认证；欧盟认证；德国GfPS实验室
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如何消除生物膜？
生物膜具有极咼的抗性，对消毒剂来说是一个真正的挑战。
想要消除生物膜，需要采用对生物膜具有强力作用的消毒剂，该消毒剂应能强力破除生物膜并杀灭生物 膜内部的全部类型微生物。
德国Oxytech/奥克泰士消毒剂能够强力消除生物膜，解决生物膜造成的微生物污染危害。
奥克泰士来自德国的消毒专家
奥克泰士是过氧化氢银离子复合型消毒剂，由德国BUDICH国际公司研制，并在1978年推向国际市
生物膜也叫生物被膜，英文名称Biofilm formation，生物膜由微生物分泌的胞外聚合物（EPS），—层
薄薄的黏液层组成，形成一种水凝胶或基质，保护微生物免受外部影响和消毒措施。在正常情况下，生 物膜可以抵抗大多数化学杀菌剂的攻击。
生物膜图示
生物膜的生长阶段
从图中可以看到，生物膜形成过程中大致有3个阶段：
1）微生物附着；
2）固定并成膜；
3）快速增长；
生物膜造成重复污染
生物膜形成后会向四周环境释放微生物，造成持续的微生物污染。例如管道内壁的生物膜会持续污染流 经管道的饮水、物料，造成严重的二次污染。
生物膜存在于哪些场所
生物膜形成于水系统的边界（干区和湿区的交界处一例如：洗漱台的排水管），同时也存在于水系统中 （罐体、管道、灌装机以及与水有接触的表面）。
微生物名词解释
微生物名解1.脂多糖：革兰氏阴性菌细胞壁外膜伸出的特殊结构，即细菌内毒素。
由类脂A、核心多糖和特异多糖组成。
2.质粒：是细菌染色体外遗传物质，结构为双链闭合环状DNA，带有遗传信息，具有自我复制功能。
可使细菌获得某些特定性状，如耐药、毒力等。
3.荚膜：某些细菌能分泌粘液物质包围于细胞壁外，形成一层和菌体界限分明、不易着色的透明圈。
主要由多糖组成，少数细菌为多肽。
主要功能是抗吞噬作用，并具有抗原性。
4.鞭毛：从细菌细胞膜伸出于菌体外的细长弯曲的蛋白丝状物，是细菌的运动器官。
见于革兰氏阴性菌、弧菌和螺菌。
5.菌毛：存在于细菌表面，有蛋白质组成的纤细，短而直的毛状结构，只有用电子显微镜才能观察，多见于革兰氏阴性菌。
6.芽胞：某些细菌在一定条件下，在菌体内形成一个圆形或卵圆形的小体。
见于革兰氏阳性菌，是细菌在不利环境下的休眠体，对外界环境抵抗力强。
7.细菌L型：有些细菌在某些体内外环境及抗生素等作用下，可部分或全部失去细胞壁，此现象首先由Lister研究发现，故称细菌L型。
在适宜条件下，多数细菌L型可回复成原细菌型。
8.热原质：即菌体中的脂多糖，由革兰氏阴性菌产生的。
注入人体或动物体内能引起发热反应。
9.抗生素：有些微生物在代谢过程中可产生一些能抑制或杀灭其他微生物或癌细胞的物质。
10.菌落：由单个细菌经一定时间培养后形成的一个肉眼可见的细菌集团。
11.高频重组株（Hfr）：F质粒整合到细菌的染色体上，引起宿主菌染色体发生高频转移至F-菌。
12.F，菌：从染色体上脱离的F质粒还会携带相邻的染色体DNA片段13.转化：受体菌摄取供体菌游离的DNA片段，从而获得新的遗传性状的方式。
14.转导：以温和噬菌体为载体，将供体菌的遗传物质转移到受体菌中去，使受体菌获得新的遗传性状的方式。
15.普遍性转导：供体菌任何片段的DNA都有同等的机会被装入噬菌体内，通过噬菌体进入受体菌内，完成遗传物质的转移过程。
16.局限性转导：有温和噬菌体介导的遗传物质从供体菌到受体菌的转移，只转移与噬菌体接合位点附近的供体菌基因，使供体菌特定位点的基因转入受体菌。
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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
方向群，刘又宁 中华结核和呼吸杂志,1999
大环内酯治疗BF相关感染
AZT对GLX的含量的影响 35 GLX的 浓 度 (ug/ML) 30 25 20 15 10 5 0 0MIC 1/16MIC AZT的MIC(ug/ml) 1/4MIC
方向群，刘又宁 中华结核和呼吸杂志
1998
亚胺培南与阿齐霉素合用对BF细菌的作用
IMI处理后 SEM ×4500
IMI+AZT处理后 SEM ×4500
亚胺培南与阿齐霉素合用对BF细菌的作用
病灶细菌数（lgCFU/ml) 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 2 用药天数 CONTROL AZT IMI IMI+AZT 4 8
方向群，刘又宁 中华医院感染杂志杂志
2007
阿齐霉素对亚胺培南的协同作用
Stewart PS, Costerton JW. Lancet
生物被膜相关感染
Costerton JW
Science 1999
生物被膜相关感染临床表现
1
炎症反应不很强烈 感染反复发作
2
抗菌药物治疗起初 可能有效 以后治疗常常失败
3
致病菌主要是来自 皮肤和周围环境中 的致病菌 PA，金黄色葡萄球 菌，表皮葡萄球 菌 .
CONTROL
AZT
IMI
IMI+AZT
大环内酯类在BF相关感染中的免疫调节作用
Hobayashi H.
J Infect Chemother 1995
大环内酯类在BF相关感染中的免疫调节作用
免疫＋吸入
免疫＋克拉霉素＋吸入 Hobayashi H. J Infect Chemother 1995
BBF相关感染治疗的新靶点
群体感应系统与BF
铜绿假单胞菌群体感应系统
Roger G. Journal of Antimicrobial Chemotherapy,1998
铜绿假单胞菌群体感应系统与BF
David G. Davies, Matthew R SCIENCE 1998
铜绿假单胞菌群体感应系统与BF
ALICE S. PRINCE,N Engl J Med, 2002
Costerton JW, Stewart PS. Greenberg EP. Science 1999
细菌生物被膜的形成过程
1.附着 2.粘附 3.早期BBF 4.成熟BBF 5.播散
Stoodley PAnnu Rev Microbiol 2002
细菌生物被膜模式图
Stoodley PAnnu Rev Microbiol 2002
Ohgaki N. J Jpn Assoc Infect Dis 2000
免疫病理反应
弥漫性泛细支气管炎、囊性纤维化等的病灶因有 BBF的持续存在不仅导致感染迁延不愈，而且还可 以导致一系列免疫病理反应，日本学者小林宏行 将之称为“呼吸道生物被膜病”（Airway Biofilm Diseases）
免疫病理反应
Kobayashi H Jpn J Chemother 1995
免疫病理反应
IL-12 in sera (pg/ml)
Days after Ps aeruginosa inhalation
方向群， 小林宏行 BIOFILMS 2000
TOKYO
免疫病理反应
Hobayashi H.
J Infect Chemother 1995
新靶点
干扰BBF形成，使 之不能形成稳定的 结构，以期恢复对 抗菌药物的敏感性
即使形成了稳态的 BBF，也可以通过 抑制细菌致病因子 表达来减轻由于感 染而造成的组织损 伤。
群体感应系统与BF
在1972年发现了费氏弧菌有群体依赖的发光现象，即细菌 群体在未达到一定的数目时并不发光，而当达到了一定的 数目后却同时发光 细菌可以“感应”(Sensing)到周围同伴的存在, 只有到了 “法定人数”(Quorum)即一定的群体才开始表现出一定的行 为 群体感应系统（Quorum Sensing System QS）
铜绿假单胞菌群体感应系统与BF相关感染
PAO1
PAO1-JP2（QS系统缺失）
方向群，刘又宁 中华结核与呼吸杂志
2006
QS抑制物呋喃酮类在治疗BF相关感染中的作用
妥布霉素 呋南酮＋妥布霉素 Morten Hentzer and Michael Givskov J. Clin. Invest. 2003
免疫病理反应
Kobayashi H. Kansensho 1991
BBF药物治疗
抗菌药物
药物治疗
大环内酯
群体感应
抗菌药物治疗BF相关感染
在BBF开始形成的72小时内，由于BBF未形成稳态，对各种 抗菌药物相对比较敏感 联合应用大剂量的哌拉西林和妥布霉素对稳态的PA生物被 膜 静止期细菌有杀灭作用的抗菌药物如环丙沙星及亚胺培南 对稳态的大肠埃希氏菌生物被膜 不能彻底清除BBF
BBF对抗菌药物耐药机制
表型变异
耐药机制
微环境
屏障作用
屏障作用
¾多糖、短肽极性……..吸附作用 ¾氨基甙…… 铜绿假单胞菌BBF基质成分吸附 ¾四环素……渗透到大肠埃希氏菌BBF各个区域
微环境
¾表层营养丰富，代谢活跃，生长迅速 ¾深层营养受限，代谢缓慢，生长缓慢 ¾β—内酰胺类抗菌药物耐药
表型变异
方向群， 刘又宁
中华结核和呼吸杂志
1999
致病机制
耐药
中性粒细胞
免疫病理
1.屏障作用 2.微环境 3.表型变异 Content & Contents mall Guild Design Inc.
1.趋化作用 2.超氧离子 3.补体 D
1.免疫复合物 2.局部反应 Digital Content &
QS抑制物呋喃酮类在治疗BF相关感染中的作用
对照组
呋南酮
Wu Hong J Antimicrbo Chemother 2004
小结
1 2 3
BF的形成导致BF相关感染 BF致病机制涉及耐药及免疫病理
QS可能为BF相关感染治疗提供新靶位