生物薄膜

IUPAC定义

微生物的聚集体，其中细胞经常嵌入自产的细胞外聚合物 (EPS) 基质中，彼此粘附和/或粘附在表面上。

• 生物膜是一种可以通过其居民在内部适应环境条件的系统。
• 细胞外聚合物质自产基质，又称粘液，是一种聚合团聚体，通常由各种结构形式的细胞外生物聚合物组成。

生物膜包括任何微生物的共生聚生体，其中细胞彼此粘附并且通常也粘附在表面上。 这些贴壁细胞嵌入由细胞外聚合物 (EPS) 组成的黏糊糊的细胞外基质中。 生物膜内的细胞产生 EPS 成分，这些成分通常是细胞外多糖、蛋白质、脂质和 DNA 的聚合聚集体。 由于它们具有三维结构，代表着微生物的群落生活方式，因此被比喻为微生物的城市。

生物薄膜可能在有生命或无生命的表面形成，并且在自然、工业和医院环境中普遍存在。 它们可能构成微生物组或成为其中的一部分。 在生物膜中生长的微生物细胞在生理上不同于同一生物体的浮游细胞，相比之下，浮游细胞是可以在液体介质中漂浮或游动的单细胞。 生物薄膜可以在大多数动物的牙齿上形成牙菌斑，可能导致蛀牙和牙龈疾病。

微生物响应多种不同因素形成生物膜，其中可能包括细胞识别表面上特定或非特定附着点、营养线索，或在某些情况下，通过将浮游细胞暴露于亚抑制浓度的抗生素 . 切换到生物膜生长模式的细胞会经历行为的表型转变，其中大量基因受到差异调节。

生物膜也可以被认为是水凝胶，它是一种复杂的聚合物，含有数倍于其干重的水。 生物薄膜不仅是细菌粘液层，还是生物系统； 细菌将自己组织成一个协调的功能群落。 生物薄膜可以附着在牙齿或岩石等表面，并且可能包括单一物种或不同的微生物群。 生物膜内的细胞亚群分化以执行各种运动、基质生产和孢子形成活动，支持生物膜的整体成功。 生物膜细菌可以共享营养，并免受环境中有害因素的影响，例如干燥、抗生素和宿主的免疫系统。 当自由游动的细菌附着在表面时，通常会开始形成生物膜。

生物薄膜被认为是在原始地球时期出现的，作为原核生物的防御机制，因为当时的条件对它们的生存来说过于严酷。 它们在地球的化石记录中很早（大约 32.5 亿年前）就可以作为古细菌和细菌被发现，并且通常通过为原核细胞提供体内平衡来保护它们，促进生物膜中细胞之间复杂相互作用的发展。

生物膜的形成始于自由漂浮的微生物附着在表面上。 生物膜的xxx个定殖细菌可能最初通过弱范德华力和疏水效应粘附在表面上。 如果殖民者没有立即与表面分离，他们可以使用菌毛等细胞粘附结构更xxx地锚定自己。 栖息在缺氧地下水中的一组独特的古细菌具有类似的结构，称为 hami。 每个 hamus 都是一个长管，带有三个钩子附件，用于相互连接或连接到一个表面，从而使社区得以发展。

嗜热古细菌 Pyrobaculum calidifontis 产生与细菌 TasA 丝同源的束状菌毛，TasA 丝是细菌生物膜细胞外基质的主要成分，有助于生物膜的稳定性。 TasA 同系物由许多其他古细菌编码，表明细菌和古细菌生物膜之间的机制相似性和进化联系。

疏水性也会影响细菌形成生物膜的能力。 疏水性增加的细菌减少了基质和细菌之间的排斥力。 一些细菌物种由于其有限的运动性而无法自行成功地附着在表面上，而是能够将自己锚定在基质上或直接锚定在其他早期的细菌殖民者身上。 非活动细菌不能像活动细菌那样容易识别表面或聚集在一起。