细菌生物膜的防治进展

细菌生物膜的防治进展 学检 测 医 检 细菌生物膜的防治进展 ※ 丁进亚,黄前川( ) ,曹军皓( ) 综述审校 ( ,430070) 广州军区武汉总医院检验科武汉 : R378, 1: A: 1006-2084( 2011) 03-0452-03中图分类号 文献标识码 文章编号 : 、,摘要生物膜是细菌对抗不利环境导致持续感染和耐药性的重要方式常常给临床治疗带来 属或其氧化物也可使 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 产 。,、、极大困难生物膜的形成受到多种因素的影响包括生物医学材料细菌的群体感应信号细胞外 ,、 生抗 菌 性 能如 纳 米 金纳 米、、。多糖二价阳离子浓度环鸟苷二磷酸信号途径等新型抗菌生物材料的研制和细菌生物膜形成 ,7, TiO、ZnO 。,等 另外还可采 2 ,。机制的阐明为防治细菌生物膜引起的难治性感染提供了新途径 关键词: 生物膜; 抗菌生物材料; 群体感应; 细胞外多糖 用生物活性分子针对性地抑 Progress in the Prevention and Treatment of Bacterial Biofilm DING Jin-ya,HUANG Qian-chuan, ,制某些细菌的生长比如金 黄 CAOJ un-hao, ( Department of LaboratMorey dic ine,Wuhan General Hospital of Guangzhou Command, 色葡萄球菌是生物材料相关 Wuhan43007 0,China) ,8,bsac One maor cause for eprsstent nfecton and drugre sstance s the capabty of bactera to Atrt:jiiiiiilii,的主要致 病 菌 之 一将 丝 氨 grow in biofilms that protects them from adverenvsireon mental factors,resulting in great idfficulties in clinical treatment, Biofilm formation regulated by manya fctors include biomedical materials,bacterial quo- 酸蛋白酶涂附在心血管涤纶 rum sensing signals,extracellular polysaccharide,divalent cation concentration,and c-di-GMP signal path- ,生物材料上可显著降低金 黄 way, Further researches oanct ebra bofm formaton and newa ntmcroba bomateras maybe rpovde iliiliiiiliilinovel therapeutic pathways for refractiornfyec tions, 色葡萄球菌的黏附因子的作 Key words: Biofilms; Antimicrobial biomaterials; Quorums ensing; Exopolysaccharide ,用有效地抑制生 物 膜 的 形 ( 、、) 生物膜是微生物细胞如细菌真菌原虫及其 ,成其抑制作用的强度与丝氨酸蛋白酶剂量呈正相 产生的细胞外大分子多聚物所形成的一种特殊细菌 。关可见丝氨酸蛋白酶等生物活性分子在抗菌生物 ,9,,。群落具有高度的组织化生物膜的形成是一 个 动 。材料制备具有很好的前景 ,、、态过程包括可逆性黏附不 可 逆 性 黏 附微 菌 落 形 1, 3 阳离子 表 面 活 性 分 子 阳离子表面活性分子 、,成生物膜成熟和解聚等阶段任何一阶段的异常都 ,季铵盐具有广谱的杀菌功能带长链烷基的季铵盐 + 。将影响生物膜的形成 : ,N 的杀菌机制为首 先带 正 电 荷 的 吸 附 在 表 面 带 ; ,1 负电荷的细菌表面然后长链烷基刺入细菌的细胞 抗菌生物材料 ,。 膜使细菌的内容物外泻而使细菌死亡其 特 点 是, 细菌在材料表面黏附是生物 膜形成的第一步 ,、。物理 杀 菌所以这种杀菌性能是持久的可 恢 复 的 阻止 细菌在材料表 面黏附将有效抑制生物膜的 ,将季铵盐固定 在 材 料 表 面使材料具有杀菌功能而 。 形成,10,1, 1 ,聚乙二醇 改变生物材料 表面物理化学性质 防止细菌生物膜的形成含有双键的季铵盐 与 甲 : ; ,包 括 使材料表面极度亲 水 或 疏 水 使 材 料 表 面 基丙烯酸羟乙酯的材料共用于齿科修复具 有 良 好 ,11, 带 ,的抗菌性能有研究将含有长链烷基的季铵 盐 接 ; 更 多 的 负 电 荷 在材料表面涂附白蛋白及 肝 素 等 ,枝在硅橡胶并进行了体外和体内动物试验都 获 得 。都 能 有 效 防止细菌在材料表面的黏附多 种 方 式 。了满意的抗感染效果 ,在 众 多 的 生 物 材 料 中 聚乙二醇是目前所 知 的 最 2 ,阻止细菌间相互作用抑制生物膜形成 ,为 亲 水 的 聚 合 物 具有很大的排斥体积以 及 很 大 细菌在生物膜过程中通过正反馈方式产生分泌 ,, 的 反 渗 透 压 产 生 很 强 的 抗细菌黏附的能力 常 常N-酰基高丝氨酸内酯调 一些特定的自诱导信号分子 ,1 ,2,。 被 用 来 做 表 面 改 性 剂经聚乙二醇涂附的生 ,N- 控致病基因的表达在 酰基高丝氨酸内酯的作用 ,物 材 料 对 大 多 数革兰阴性菌有很好的抗菌作 ,,,下细胞产生大量的胞外多糖形 成 微 菌 落不 断 增 ,3,,用对 金 黄 色 葡萄球菌的黏附抑制力也可达到 ,厚的微菌落最终形成成熟的生物膜这 一 过 程 称 为 ,4,,12,13, 89 % :9 3 % 。1, 2 。,,,群体感应可见阻止细菌间的相互作用将利 重金属或生物活性分子 银的抗菌谱非常广 。 于防止生物膜的形成利用纳米银或纳米卤化银涂附生物材料具有很好的 ,5,6,2, 1 。, 抗感染性除了银可以作为抗菌剂外其他重金抑制细 菌 的 群 体 感 应 不同的细菌存在不同 Agr ( accessory gene,,的群体 感 应 系 统如 葡 萄 球 菌 有 然而大蒜素是否通过抑制铜绿假单胞菌巯基酶 而 regulator) 、lasR、rhlR 群体感应系统铜绿假单胞菌有 。 影响生物 膜 形 成 还 需要进一步的探讨细 胞 外 多 rhlL ,N-,和 群体感 应 系 统酰 基 高 丝氨酸内酯作为群 糖最重要的毒力因子是藻 酸 盐在细菌的黏附和 多 ,,体感应信号除了参与生物膜的合成外还与细菌毒 。 层次生物 膜 结 构 的 形成中具有关键作用国 内 外 ,21,22,、、,性因子的产生抗生素的合成或降解质粒结合转移 抑制藻酸盐的作用可以控 制 生 物 膜 的 均报道 ,,合成抗藻酸盐抗体中和细菌藻酸盐后可以降低 其 等多种 生 物 功 能 相 关并可以诱导宿主细胞的凋 ,14,,。Schaber ,,亡是导致持续或反复感染的重要分子黏附性使细菌聚集过程受阻同时影响细菌生 物 ,15,N-,; 等报道不产 生 酰基高丝氨酸内酯信号分子的 被膜构建和 形 态使 生 物 被 膜 合 成 下 降与 抗 菌 药 ,,铜绿假单胞菌群体感应缺陷株不仅毒力因子表达 水物联合应用后能够增强抗生素对于生物被膜的 渗 ,。 平 降 低而且不能在非生物 表面形成生物 膜,透性和对细菌的杀菌活性从而对生物膜相关感 染 ,16,Dong N-RNA 等用 干扰铜绿假单胞菌 酰基高丝氨 。起到防治作用 lasR、rhlR rhlL ,2, 3 酸内酯合成相关基因 和 后显著促进 调控二价阳离子浓度 多种二价阳离 子 影 响 ,N-,成熟的生物膜解体进 一 步 证 实 了 酰 基 高 丝 氨 酸 着 生 物 膜 的 形 成 观察发现低浓度铁促进 鲍 曼 不 。,内酯在生物膜形成中的关键作用实 际 上铜 绿 假 、、动 杆 菌 金黄色葡萄球菌 副球菌等多种细菌生 物 N-单胞菌本身就可以表达 酰基高丝氨酸内酯信号分 ,膜 的 合 成 高 浓 度 铁 却 抑 制 细 菌 生 物 膜 的 合 ,23 ,24,,,,子抑制 剂该抑制剂具有很高的稳定性耐 酸 碱非 ; 、、、成而 钙 镁 锰 铜 等 阳 离子对生物膜的 合 ,常适合用于治疗与预防烧伤患者因铜绿假单胞菌引 成 作 用 与 铁 离 子 相 反 降低游离钙的水平 可 使 多 。N-起的各种急慢性感染如何促进细菌释放自身 酰 耐药鲍曼不动杆菌在人 体呼吸道上皮 细 胞 或 塑 料 ,25,基高丝氨酸内酯信号分子抑制剂将是抗感染研究的 方,表 面 的 黏 附 及 生物膜的形成能力显著降 低而 。N-向之一目 前 药 物 抑 制 酰 基 高 丝 氨 酸 内 酯 的 研在富含钙离子培养基中 的铜绿假单胞 杆 菌 生 物 膜 ,26,,究已经取得一定的进展实验发现氨溴索下调铜 绿假10 。 厚 度 是不含钙离子培 养 基 的 倍目 前 认 N-单胞菌群体感应系统信号分子 酰 基 高 丝 氨 ,为 高 浓 度 的钙离子可以稳定和促进细胞 外 多 Dent,2010,38( Supp 1) : S11-S15, l。 ,明 显 下 降 研 究 证 明 变 形 链 球 菌内部存在环鸟 Gottenbos, Bvan derM e HC,atter F,et a, Postvey charged iKlliil,11, ,苷 二 磷 酸 信 号 通 路 该通路介导变形链球 菌 的 生 biomaterials exerta ntimicrobial effects onr amg-negative bacilli inrats,J,, Biomaterials,2003,24( 16) : 2707-2710, ; 物 膜 形 成 及在离体牙釉质表面的黏附 外 源 性 环 Arciola CR,Campaccia D,Baldassrrai L,et al, Detection of biofilm ,12, , 鸟 苷 二 磷 酸具有降低变形链球菌生物膜 的 形 成 formation in staphylococcus epidermidis from implant infections,C omparison of a PCR-method threcat og nizes the 、、; 产 酸 耐 酸 体外黏附等特性 单独或与其他的抗 presence of ica ,29,。 龋 制 剂 联 合 应 用有望成为一种新型防龋方 法genesw ith two classic phenotypic methods,J,, Biomed MaterR es, 2006,76( 2) : 425-430, ,13, 该研究提示外源性环鸟 苷二磷酸对生 物 膜 的 防 治 Niu C,Cemmer KM,BonomoR A,et a, soaton and characterza- llIlii。具 有 作 用 tion of an uatoinducer synthase froAmc inetobacter baumannii,J,, J Bacteriol,2008,190( 9) : 3386-3392, ,14, 2, 5 其他 有 些特定的蛋白或多肽可直接抑制或 AbrahamW R, Controlling biofilms of gram-positive pathogenic bac-,Hha 破环生物膜的形成如大肠埃希菌小蛋白 通 过 teria,J,, Curt Med Chem,2006,13( 13) : 1509-1524, ,15, Schaber JA,Carty NL,McDonald NA,et al, Analysis ofquorum fimA ihfA 阻止细菌菌毛 基 因 和 的转录而显著减少 sensing-deficient clinical isolates of Pseudomonars ug ianeosa,J,, J ; Kappacin 生物被膜的 形 成抗 菌 肽 和 生 物 膜 退 化 酶 Med Mierobiol,2004,53( Pt 9) : 841-853, ,16, DongW ,Luo F,Du Y,et al, Production and properties of aninhibi - ,则可清除成熟生物被膜内的细菌和生物被膜基质 tor of the Pseudomoanuatsoi nducer by Pseudomonaas er uginosa,30,99%。细菌清除最高效率可以达到 这 些 研 究 尽 ,,,J,, Can JM icrobiol,2005,51( 9) : 783-789,杨华 余加林刘官,17, ,, 信等氨溴索对环丙沙星透过铜绿假单胞菌 生物膜的影响,管还局限于体 外 实 验但为生物膜感染的防治提供 ,J,, ,2007,32( 4) : 221-224, ,,中国抗生素杂志李芳余加林杨,18, 。了重要的理论依据 ,, 华等盐酸氨溴索联合环丙沙星抗铜 绿 假 单 胞菌成熟生物膜,J,, ,2007,32 ( 8 ) :作用研究中国抗生素杂志 3 展 望,19, 503-505,细菌生物膜是细菌生长过程中为适应生存环境 Pérez-Giraldo C,Cruz-Villalón G,Sánchez-Silos R,et al, In vitro actvty of acn aganst Staphyococcus epdermds and nfuenceiilliiiliiiil,而形成的一种 存 在 形 式具有极强的耐药性和抵抗 of subinhibitory concentrations on b iofilm formation,J,, J Appl ,机体免疫系统 的 能 力成为临床上难治性感染的重 ,20, Microbiol,2003,95( 4) : 709-711, 林丽华,余加林,林雅,等, 大蒜素对铜绿假单胞菌生物 膜 早 期 。要原因之 一其 形 成 和 发展的各个环节都可能成 ,J,, ,2009,21 ( 1 ) :黏附及胞外多糖的影响中国微生态学杂志 ,为治疗的靶位目前生物膜防治的研究成果已经开 ,21, 9-12,Lu Q,Yu J,Yang X,et al, Ambroxol interferes with Pseudomonas ,、始运用于临 床例 如 用 枸 橼 酸钠降低游离钙镁 离 aeruginosa quorums ensing,J,, Int J Antimicrob Agents,2010,36 ,子在预防留置导管引起的生物膜感染中就有很好 ,22, ( 3) : 211-215, ,31,柴栋,王睿,裴斐,等, 藻酸盐抗体的制备及其对铜绿假 单 胞 菌 。的临床效果今后防治生物膜感染的研究方向 ,J,, 2004,14 ( 3 ) :,生物被 膜 的 影 响中 华医院感染学杂志 ,应该不只集中在如何阻止生物膜的形成还 应 该 努 ,23, 245-247,Jennifer A, Regulation of Acinetobacter baumannii biofilm forma- 力研发对成熟生物膜具有分解 或强穿透力的抗菌 tion,J,, Future Microbiol,2009,4( 2) : 273-278, ,24, 。药物 Srinandan CS,Jadav V,Cecilia D,et al, Nutrients determine the spatial architecture of Paracoccus sp, biofilm,J,, Biofouling,2010, 参考文献26( 4) : 449-459, ,25, 1, ,Saldarriaga-Fernández IC,van der Mei HC,LochheadM J,et al, Lee HW,Koh YM,Kim J,et al, Capacity of m ultidrug-resistant The inhibition of the dahesion of clinically isolated bacterial strains clinical isolates of A cinetobacter baumannii to form iobfilm andonmulti-component cross-linked poly( ethylene glycol) -basedp oly- adhere toep ithelial cell surface,sJ,, Clin Microbiol Infect,2008, mer coatngs,J,, Bomateras,2007,28( 28) : 4105-4112, iiil14( 1) : 49-54, ,26, 2, Mai-ngam K, Comblike poly ( ethylene oxide ) / hydrophobic C6 ,Sarksova MA,Patrauchan D , Cacum-nduced vruence factors iliiil branched ch itosan surfactant o lpymers as nati-infection surfaceassoicated with the e xtracellular matrix of mucoid pseudomonas modifying agents,J,, Colloids Surf Bioin,2006,49( 2) : 117-aeruginosa biofilms,J,, J Bacteriol,2005,187( 13) : 4327-,27, , ,,,125,张巍 唐佩福张伯勋等钛金属表面抗菌修饰研究进展,3, 4337,Pa trauchanM A,Sarkisova S,Sauer K,et al, Calcium ,J,, 401-402, ,2009,30( 3) : ,,军医进修学院学报廖娟徐薇莫,, influences cellular and extracellular producto rfmation during ,4, 安春等纯钛种植体表面抗菌改性的研究 进 展 biofilm-assoicat- ,J,, 国际口腔医学杂志,2007,34( 3) : 213-215, ,5, ed growth of aa rmine Pseudoalteromonas,J,, Microbiology,2005, Marini M,De Niederhausern S,Iseppi R,et al, Antibacterial activi- ,28, ty of plastics coated with silver-doped organic-inorganic hybrid151( 9) : 2885-2897, coatings prepared by sol-gel processe,sJ,, Biomacromolecules, Ehud B,Keith M,Brady E, Cheator-nduced dspersa and kng liililli2007,8( 4) : 1246-1254, of Pseudomonas aerugnosa ces in a bofm,J,, Appl Envron Mi- illiili,29, ,6, Kong H,Jang J, Antibacterial properties of novel poly ( methyl crobiol,2006,72( 3) : 2064-2069, methacrylate) nanofiber containing silver nanoparticles,J,, Lang- Yan W,Qu T,Zhao H,et al, The effect ocf- di-GMP( 3'-5'-cyclic muir,2008,24( 5) : 2051-2056, ,30, diguanylic acid) on the ibofilm formation and adherence Sotrfe pto- ,7, Huang ,ZZhengX ,Yan D,et al, Toxicological effect of ZnOna nop- coccusm utans,J,, Microbiol Res,2010,165( 2) : 87-96, articles based obna cteria,J,, Langmuir,2008,24( 8) : 4140-4144, Lu TK,Cons JJ, Dspersng bofm s with engneered enzymatc lliiiiilii,8, Chicurel M, Bacterial biofilms and i nfections slimebusters,J,, bacterophage,J,, Proc N at Acad S c USA,2007,104 ( 27 ) : ili,31, Nature,2000,408( 6810) : 284-286, 11197-1120,2,9, ,,,, 林兴黄云超张良等丝氨酸蛋白酶对心血管涤纶生物 材 料 Grudzinski L,Quinan P,Kwok S,et al, Sodium citrate 4% locking ,J,, ,上细菌生物膜形成影响的研 究生物医学 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 学杂志 solution for central venous idalysis catheters-aenff ective,more cost- 2009,26( 2) : 787-791, efficient alternative to heparin,J,, Nephrol Dial Transplant,2007, : 2010-09-122010-12-21: ,10, Marsh PD, Controlling the oral biofilm with antimicrobials,J,, J 收稿日期 修回日期 22( 7) : 471-476,