一张致命的生物膜

在外科手术和尿路感染中，细菌细胞群落形成的生物膜（biofilms）可能是致命性的打击。耶鲁大学的研究学者在《Nature Communications》发文，诠释了这些生物膜的形成以及如何阻止它们产生。

细菌细胞聚集并产生凝聚彼此的一种粘稠物，这种像胶水一样的结构允许细菌形成更复杂得有机体，这种生物膜几乎无处不在，例如你家未清洁的淋浴喷头、公园湖泊表面等等。它们的“好处”是保护细菌免受潜在药物伤害，当生物膜入侵进入人体或残留于手术缝合线和导管时，就变成了人类致命的敌人。在高度发达的美国，在医院每年超过数千人死于生物膜相关手术感染和尿路感染。

“生物膜是一个巨大的医学难题，它使细菌感染变得非常难处理，”文章通讯作者Andre Levchenko说。“细菌细胞如何从个体行为转变为在集体结构中行动还不是很清楚。”

Levchenko实验室与加州大学圣地亚哥分校的同事们合作，发现了生物膜形成的关键机制，也提供了一种可控和可再现的方法来研究这一过程。

研究人员设计和建造了一个微流控装置和新型凝胶，在微流控装置和凝胶中容纳了一些引起泌尿道感染的泌尿系大肠杆菌。这些装置模仿了感染期间的宿主细胞内环境，科学家们发现，细菌菌落会生长到被腔壁、纤维或凝胶挤压的地方，这种挤压力是生物膜形成的触发条件。

“这很令人惊讶，”耶鲁大学生物学研究所主任、生物医学工程教授John C. Malone说。“细胞开始生产生物膜组分，突然变得非常耐药，所有的一切都伴随着细胞所处的生物应力之下，而这种应力来自它们与环境的机械相互作用。”

Levchenko说，有了这项发现，研究人员可以模拟其他细胞环境，在各种各样的条件下探索生物膜的形成，这种设备还能以简单、廉价和可重复的方式快速、精准、大量地生产生物膜，以便筛选能破坏这种生物保护结构并将其分解的药物。

“进行药物筛选实验，必须开发合适的疾病模型，”他说。“现在，我们可以预测生物膜的形成位置和形状了。”