新研究表明细菌在生物膜中的排列会影响它们对抗生素的敏感性

发布时间：2024-02-02 16:55:34 栏目：精选知识

导读 传统上，细菌被认为是单细胞生物，稀疏地分布在表面或悬浮在液体中，但在许多环境中，真正的细菌生长模式是在称为生物膜的粘性簇中。生物膜

传统上，细菌被认为是单细胞生物，稀疏地分布在表面或悬浮在液体中，但在许多环境中，真正的细菌生长模式是在称为生物膜的粘性簇中。生物膜的形成对人类很有用，例如，它是康普茶生产中不可或缺的一部分。但它更经常出现问题，因为它使控制细菌生长变得更加困难：当细菌细胞产生生物膜时，它可以充当抵御外部入侵者的屏障，使细菌对抗生素更加耐受。



直到最近，研究人员还假设细菌在生物膜中的排列有些随机，因为他们根本没有考虑过生物膜结构的问题。但哥伦比亚大学生物学教授拉尔斯·迪特里希实验室的新研究表明，形成生物膜的细菌实际上在这些粘稠的基质中具有高度结构化的排列。

他们的意外发现可能为开发更好地针对抗生素耐药细菌的新药铺平道路。

该论文的主要作者拉尔斯·迪特里希教授说：“形成生物膜的细菌存在阴阳权衡，因为生物膜可以抵御抗生素和其他威胁，但也可以防止食物进入和喂养系统。” “这项研究为我们了解如何影响细菌细胞排列并评估如何使它们对抗生素更敏感奠定了重要基础。”

这项新研究发表在《PLOS Biology》杂志上，详细介绍了由研究生汉娜·代顿 (Hannah Dayton) 牵头的迪特里希教授实验室进行的研究。这篇论文专门研究了一种重要的常见病原体，称为铜绿假单胞菌。

该团队使用扫描电子显微镜和荧光显微镜结合细胞标记来进行研究。他们发现生物膜中的铜绿假单胞菌细胞纵向堆积并垂直于其生长基质排列，生长基质是细菌赖以生存的物质，并且含有它们赖以生存和生长的物质。他们还发现，改变细菌细胞表面的突变会破坏这种排列。

当他们测试从外部添加的糖对完全形成的生物膜的影响时，他们观察到其分布受到生物膜解剖结构的影响。细胞排列紊乱的突变细菌对生物膜内特定区域(也称为亚区)添加的糖或抗生素更敏感。最后，他们表明生物膜解剖结构的变化改变了结构内代谢活动峰值的位置。

总之，这些观察结果表明，生物膜微观结构是一种可以调节的特性，可以影响常驻细菌亚群的新陈代谢并影响该群体的整体生存。这些发现对我们治疗铜绿假单胞菌和其他生物膜形成病原体引起的感染的方法具有影响。

该研究是与哥伦比亚大学化学教授魏敏的研究小组合作进行的; Raju Tomer，哥伦比亚大学生物学教授; Jasmine Nirody，芝加哥大学教授;以及纽约城市大学 (CUNY) 教授 Anuradha Janakiraman。

“细胞的排列通常是生物膜形成过程中一个未被充分认识的方面，”戴顿说。 “我们现在知道，它允许生物膜中的细菌控制其生理状态，并对其在抗生素治疗期间的生存产生影响。”

“对于抗生素耐药性细菌这个有害且日益严重的问题来说，这是一个充满希望的进展，”迪特里希说。