细菌生物被膜 PPT课件

细菌生物被膜与抗生素耐药机制研究王宏D00614136医学课件引言！“InapaperinSciencein1999,wesaid65percentofalldiseasesinthedevelopedworldarebiofilms,”Costertonsaid.“NowtheNIHsays80percent.”J.WilliamCostertonCosterton,anativeofBritishColumbia,earnedhisPh.D.inbacteriologyin1960fromtheUniversityofWesternOntario.医学课件早在1676年AntoninevanLeewenhoek便从牙菌斑中观察到了细菌生物被膜的存在。1978年~首次提出了生物被膜的相关理论.NIH（美国国家卫生研究院）！！ 细菌生物被膜广泛存在于自然环境中。临床上生物被膜可形成于各种植入医疗器械 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面或体内粘膜上，具有极强的耐药性及免疫逃避性，是造成临床性感染的主要原因之一！ 生物被膜使细菌对抗生素的耐药性比浮游菌增加10-1000倍，其引发的感染只有移走植入物才能控制，增加了病人的痛苦和治疗费用！ 1990年，蒙大拿州立大学建立了世界上第一个生物膜工程中心。医学课件医学课件人体植入导管表面的细菌生物被膜。回肠表面的细菌生物被膜与人类感染有关的生物膜形成菌相关疾病龋齿牙周炎中耳炎骨骼肌感染骨髓炎心内膜炎隐形眼镜所致感染缝合部位感染人工心瓣膜生物膜形成菌产酸性G+球菌口腔G-厌氧菌嗜血流感杆菌G+球菌多种细菌和真菌（混合）草绿色链球菌绿脓杆菌和G+球菌表皮葡萄球菌、金黄色葡萄球菌金黄色葡萄球菌和表皮葡萄球菌医学课件那么究竟什么是细菌生物被膜呢？将从以下几个方面对其进行介绍…… 细菌生物被膜的基本性质 细菌生物被膜的形成机制 细菌生物被膜及其抗药性机制研究 细菌生物被膜的研究进展 •展望catalogs医学课件细菌生物被膜的基本性质1、生物被膜的含义—1978年由J.WilliamCosterton首次提出*生物被膜（biofilm）：指细菌自身产生的外部多糖基质、纤维蛋白质、脂蛋白等包裹着的菌细胞的结构。•生物被膜是细菌的一种具有保护性的生长模式，是细胞间相互协调作用的复杂的多细胞群体，具有结构和代谢复杂性。•形成生物被膜的黏附细菌群也可以释放出生长迅速的浮游细菌，是潜在的“菌巢”。医学课件2、生物被膜的结构特点及化学成分*结构特点—Marchabas的成熟生物被膜模型•由外到内依次为：①生物被膜层（bulkofbiofilm）②连接层（linkingfilm）③条件层（conditioningfilm）④基质层（substratum)•细菌被大量的胞外多糖包绕形成微菌落，各微菌落之间充满水通道,是细菌获取营养和排除代谢废物的通道。医学课件*化学组成•水分（97%）——是生物膜的生命线！•胞外多糖（EPS）•吸附的营养物质及代谢产物、细菌裂解物•蛋白质、DNA、RNA医学课件虽然人类第一次借助显微镜观察的是人牙菌斑生物膜，但多年来经典细菌学主要研究浮游生长的菌，而忽视了对生物被膜菌的研究。医学课件同一菌株的生物被膜和浮游生长细菌具有不同的特性。过去疫苗和抗生素的研制以浮游的细菌为主要研究对象。随着对细菌致病机制的深入了解，人们发现细菌生物被膜对抗生素和集体免疫防御机制的抗性很强，从而导致了严重的临床问题，尤其是慢性和难治的感染性疾病。医学课件3、细菌的群体行为1988年，Shapiro提出细菌是可以相互协调，并具有群体行为的多细胞群体生物。1991年，加拿大国立水环境研究所的JohnR.Lawrence等人首次发现了细菌生物被膜的三维结构。•生物膜的结构存在着广泛的异质性，其深处和浅处的细菌体积大小和代谢活性均有显著差异。•生物膜使细菌形成了一个具有结构性、协调性和功能习性的高度组织群体！医学课件然而,生物被膜并没有我们想象中的真么简单例如β-内酰胺酶阳性的菌种能够保护阴性菌种免受部分抗生素的杀伤作用！医学课件参见[4]~生物被膜特点部分！那么BF究竟是如何形成的呢？不同区域的生物被膜细菌所表达的基因不尽相同，其复杂的结构和代谢功能与更高级的有机体相似。4、生物被膜的观察研究方法•细菌生物膜的主要成分是多糖蛋白复合物。Costerton等人在70年代通过扫描电镜观察到了细菌的生物被膜的存在。•生物被膜形态学鉴定以扫描电镜、激光共聚焦显微镜观察为主要方法。近年来，临床微生物学研究工作者开始探索采用染料对细菌胞外多糖进行染色，进而观察。例如“银染法”鉴定生物被膜，其在普通光学显微镜下即可以观察到。•利用 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 基因和荧光探针可以了解生物被膜的基因表达。•利用基因芯片和双向电泳技术比较生物膜细菌和浮游菌基因表和蛋白组成的区别。医学课件医学课件这是扫描电镜下观察到的一张致密的细菌生物被膜ThefilmisapolymericcompoundcalledEPS(ExtracellularPolymericSubstance).Ifyoulookcarefullyattheedgeofthebiofilm,youcanseesphericalCoccitypebacteria.Someresearcherssuggestthatapolymericmatrixsuchasthisonecanplayaroleintheantibioticresistantnatureofsomebacterialinfections.白细胞游离菌医学课件图为细菌正在建立生物被膜的过程，可见游离和已经成簇的菌体。此外，还可见体积较大的白细胞也附于该被膜表面，试图发挥其免疫作用。Morecomplexbiofilmscanalsoforminvolvingcomplexinteractionsbetweenbacteria,leucocytesattachingtofightthebacteria,andthenacomplexbiofilmdevelopingbothbythebody,andthebacteria.MakingthisaveryinterestingpictureisthefactthatanumberofmuchlargerLeucocytes(WhiteBloodCells)havedetectedthebacterialinfection,andhavealsoattachedtothesurface,andappeartobeformingtheirownbiofilminresponsetothebacteria.医学课件细菌生物膜的形成机制⒈条件膜的沉积主要涉及体液中各种糖蛋白、粘多糖、金属离子等的吸附⒉细菌的初始到达及吸附指在钠、镁等阳离子的介导下的细菌对植入物表面的吸附⒊细菌的生长繁殖指细菌的吸附、生长、繁殖及扩散⒋生物被膜的形成细菌程序性的表达并分泌EPS,不断形成微菌落，终联合成为成熟的生物被膜的过程。⒌细菌的分散及持续性感染医学课件吸附过程为可逆吸附~不可逆吸附，历时几秒~几分的样子。医学课件相关研究表明，细菌的初始吸附与其鞭毛、菌毛有关医学课件当医疗器械植入集体后，机体免疫细胞会感应“异物入侵”而黏附于医疗器械表面，分泌一些蛋白纤维包裹于导管等的表面，“提供”了细菌生物被膜形成的“条件膜”。故在植体医疗仪器材料的特性特别是表面特性的选择过程十分重要！已经了解了BF的精密的结构及特性，那么这张膜究竟是怎样发挥其“铠甲‘的作用的呢？1、BF对抗生素的耐药性机制①细菌生物被膜的屏障作用EPS阻止抗生素接触包裹于被膜内的细菌，消弱抗生素对于膜内部菌群的杀伤效应（如生物膜中的AHL可降解部分抗生素）细菌生物被膜的抗性机制医学课件AHL（酰化高丝氨酸内酯）②细菌生物被膜微环境改变营养物质呈微梯度变化（氧气、pH、代谢物质、渗透压等）③类似芽孢细胞分化状态的形成存在具有类似于芽孢生长状态的分化群体，具强抗药性医学课件④细菌生长缓慢与应激反应被膜深层细菌生长缓慢，但却产生了耐药性增强的应激反应⑤细菌传感效应（QS）细菌生长密度或营养条件变化时，有菌体自身产生并分泌“信号激素”，以实现群体感应，协调生长医学课件细菌群体感应系统（QS,quorumsensing）*细菌通过本身释放的激素样有机物——自诱导物（AI）来交流，从而改变胞内遗传物质的表达，调节细菌的生长代谢，并导致细菌毒力、耐药性的变化，此即被称为“群体感应信号系统”（QS系统）*QS现象是于1977年在一种海洋发光细菌中首次发现的，此系统包括AI的产生、释放和检测，通过检测周围细菌的密度，细菌可以通过调整相关基因的表达而实现群体稳定性调节。医学课件QS（quorumsensing）过去认为单个细胞对外界环境刺激的反应来源于周围环境中的化学信号，现认为这观点过于简单化，因为细菌间可以通过其本身释放的“自诱导物”来交流。野生型突变株医学课件干扰细菌的QS系统中的某个环节，可见突变株的较难形成生物被膜。细菌生物被膜的抗性机制2、BF的抗免疫清除机制①细菌生物被膜的屏蔽作细菌生物被膜中，大量粘性基质形成了一个物理屏障，是吞噬细胞和杀伤细胞及其所分泌的酶不能对细菌产生攻击②免疫复合物效应粘性基质和细菌释放出的抗原物质刺激大量特异性抗体产生，引起宿主严重的免疫损害医学课件以上介绍的是细菌生物被膜的基本抗性机制。了解了这些相关机制以后，科学家们便有可能针对其中的某一环节进行研究，人为的进行干扰，以达到防止生物膜感染的目的。生物被膜的近年研究进展我国相关研究课题和机构☺瞿涤复旦大学上海医学院课题：内源性表皮葡萄球菌ica操纵子转录水平对生物膜表型的影响课题：表皮葡萄球菌AtlE蛋白介导生物膜起始黏附的相关机制•国家高技术研究发展计划（863）项目•国家重大基础研究专项（973）项目•国家自然科学基金•上海市科技发展基金资助项目☺贾宁、徐志凯第四军医大学和解放军总医院课题：细菌生物被膜对抗生素耐药机制的研究•国家自然科学基金医学课件☺马小彤中国医学科学院和医科大学血液学研究所课题：生物被膜分散方式的研究•国家自然科学基金资助项目☺王睿解放军总医院课题：藻酸盐血清对粘液性铜绿加单胞菌粘附性和生物被膜渗透性的影响☺娄红祥山东大学课题：苔类植物成分抑制真菌生物被膜形成及逆转耐药的研究•国家科学基金☺汪长中安徽中医学院课题：黄芩苷抗白念珠菌生物被膜的作用机制研究•安徽省自然科学基金医学课件生物被膜的近年研究进展国外相关研究机构☺J.WilliamCosterton•MontanaStateUniversity--CenterforBiofilmEngineering☺PeterGreenberg•TheUniversityofIowa☺Paulawatnick&Robertkolter•infectiousDiseaseUnit,MassachusettsGeneralHospital&DepartmentofMicrobiologyandMolecularGenetics,HarvardMedicalSchool医学课件Costerton的研究涉及领域极为广泛,牙齿表面、肺表面、船舶内部管道以及医疗植入物表面出生于不列颠哥伦比亚省1960年于加拿大西安大略大学获博士学位PeterGreenberg定义了细菌的密度感应为Quorumsensing，并最先研究了密度感应系统对毒性因子基因表达的调控，Peter率先用基因芯片来研究了Pseudomonasaeruginosa的密度感应基因调控Robertkolter及其同事尝试敲除掉了基因，进而发现了某些与细菌胞外基质分泌物的相关基因。展望•由于细菌进化迅速，对于细菌生物膜感染的治疗，单纯的依靠物理方法或抗生素是难以实现彻底根除的。故生物学控制将成为一条更有效的途径。•寻找一种控制细菌胞外多糖分泌的基因，并用分子生物学的方法将其表达阻断；•开发一种新型的材料，其表面特性具有抗细菌黏附的作用。•开发一种特效抗生素，使其在向细菌生物膜内扩散的过程中，不受生物膜中降解物的干扰，顺利到达内部。医学课件医学课件引言！早在1676年AntoninevanLeewenhoek便从牙菌斑中观察到了细菌生物被膜的存在。1978年~首次提出了生物被膜的相关理论.NIH（美国国家卫生研究院）！！人体植入导管表面的细菌生物被膜。回肠表面的细菌生物被膜那么究竟什么是细菌生物被膜呢？将从以下几个方面对其进行介绍……虽然人类第一次借助显微镜观察的是人牙菌斑生物膜，但多年来经典细菌学主要研究浮游生长的菌，而忽视了对生物被膜菌的研究。然而,生物被膜并没有我们想象中的真么简单例如β-内酰胺酶阳性的菌种能够保护阴性菌种免受部分抗生素的杀伤作用！参见[4]~生物被膜特点部分！那么BF究竟是如何形成的呢？不同区域的生物被膜细菌所表达的基因不尽相同，其复杂的结构和代谢功能与更高级的有机体相似。这是扫描电镜下观察到的一张致密的细菌生物被膜ThefilmisapolymericcompoundcalledEPS(ExtracellularPolymericSubstance).Ifyoulookcarefullyattheedgeofthebiofilm,youcanseesphericalCoccitypebacteria.Someresearcherssuggestthatapolymericmatrixsuchasthisonecanplayaroleintheantibioticresistantnatureofsomebacterialinfections.图为细菌正在建立生物被膜的过程，可见游离和已经成簇的菌体。此外，还可见体积较大的白细胞也附于该被膜表面，试图发挥其免疫作用。Morecomplexbiofilmscanalsoforminvolvingcomplexinteractionsbetweenbacteria,leucocytesattachingtofightthebacteria,andthenacomplexbiofilmdevelopingbothbythebody,andthebacteria.MakingthisaveryinterestingpictureisthefactthatanumberofmuchlargerLeucocytes(WhiteBloodCells)havedetectedthebacterialinfection,andhavealsoattachedtothesurface,andappeartobeformingtheirownbiofilminresponsetothebacteria.吸附过程为可逆吸附~不可逆吸附，历时几秒~几分的样子。相关研究表明，细菌的初始吸附与其鞭毛、菌毛有关当医疗器械植入集体后，机体免疫细胞会感应“异物入侵”而黏附于医疗器械表面，分泌一些蛋白纤维包裹于导管等的表面，“提供”了细菌生物被膜形成的“条件膜”。故在植体医疗仪器材料的特性特别是表面特性的选择过程十分重要！已经了解了BF的精密的结构及特性，那么这张膜究竟是怎样发挥其“铠甲‘的作用的呢？AHL（酰化高丝氨酸内酯）QS（quorumsensing）过去认为单个细胞对外界环境刺激的反应来源于周围环境中的化学信号，现认为这观点过于简单化，因为细菌间可以通过其本身释放的“自诱导物”来交流。干扰细菌的QS系统中的某个环节，可见突变株的较难形成生物被膜。以上介绍的是细菌生物被膜的基本抗性机制。了解了这些相关机制以后，科学家们便有可能针对其中的某一环节进行研究，人为的进行干扰，以达到防止生物膜感染的目的。Costerton的研究涉及领域极为广泛,牙齿表面、肺表面、船舶内部管道以及医疗植入物表面出生于不列颠哥伦比亚省1960年于加拿大西安大略大学获博士学位PeterGreenberg定义了细菌的密度感应为Quorumsensing，并最先研究了密度感应系统对毒性因子基因表达的调控，Peter率先用基因芯片来研究了Pseudomonasaeruginosa的密度感应基因调控Robertkolter及其同事尝试敲除掉了基因，进而发现了某些与细菌胞外基质分泌物的相关基因。