研究人员发现致命的生物膜是如何形成的

通过严格限制抗生素的作用，在手术和泌尿道感染期间，形成有组织的细菌细胞群落(称为生物膜)可能是致命的。耶鲁大学的研究人员刚刚接近了解这些生物膜是如何发展的，以及可能如何阻止它们。

当细菌细胞聚集并形成将它们粘结在粘稠物质中的结构时，形成生物膜。这种胶可以保护细胞免受外界影响，使它们形成复杂的准生物。生物膜几乎无处不在，包括未洗过的淋浴间或湖泊表面。因为保护壳可以阻止潜在的治疗，所以当生物膜侵入人体细胞或在手术中使用的缝合线和导管上形成时，它们是最危险的。仅在美国医院，就有数千人死于与生物膜相关的手术部位感染和尿路感染。

“生物膜是一个巨大的医学问题，因为它们使细菌感染很难处理，”该研究的资深作者Andre Levchenko说，该研究于10月5日在Nature Communications上发表。

战斗生物膜特别困难，因为人们尚未充分了解细菌细胞如何从单独行为转变为集体结构中的现有转变。然而，Levchenko实验室的研究人员与加州大学圣地亚哥分校的同事合作，最近发现了生物膜形成的关键机制，这也提供了一种以可控且可重复的方式研究该过程的方法。

研究人员设计并制造了微流体装置和新型凝胶，这些装置容纳了致病性大肠杆菌细胞，这些细胞通常是尿路感染的原因。这些装置模拟了人体细胞内的环境，这些细胞在感染期间容纳入侵的细菌。科学家们发现细菌菌落会长到它们被腔壁，纤维或凝胶挤压的程度。这种自我产生的压力本身就是生物膜形成的触发因素。

“这非常令人惊讶，但我们看到了你对生物膜所期望的所有东西，”Levchenko说，John C. Malone生物医学工程教授和耶鲁大学系统生物学研究所所长。“细胞产生了生物膜成分，突然变得非常抗生素。所有这些都伴随着细胞处于生物应激状态，压力来自与环境的机械相互作用。”

Levchenko说，通过这一发现，研究人员可以使用各种模拟其他细胞环境的设备，探索无数环境和环境下的生物膜形成。他们还可以使用本研究中介绍的设备，以简单，廉价和可重复的方式快速，精确地和大量生产生物膜。这将允许筛选可能破坏生物膜保护层并将其分解的药物。

“当你想做这些药物筛选试验时，有这样的疾病模型是必须的，”他说。“我们现在可以以完全可预测的方式在特定形状和特定位置生长生物膜。”