微生物群落与生物膜

在自然界中，微生物很少单独存在；它们形成结构化的群落和附着在表面的生物膜，其集体特性与单个自由生活的细胞的特性显著不同。

Definition

微生物群落是共享环境的相互作用的微生物集合体，生物膜是附着在表面并嵌入自身产生的细胞外基质中的结构化细胞群落。

Scope

本主题涵盖了构成微生物群落的相互作用，包括竞争、合作和代谢交换；生物膜的形成、结构和生命周期；生物膜细胞的细胞外基质和生理学改变；群体感应和协调行为；以及群落和表面生活对生态和实践的影响。

Core questions

• 微生物之间的相互作用如何构建群落？
• 生物膜如何形成和发展？
• 为什么生物膜细胞的行为与自由生活细胞不同？
• 微生物如何协调群体行为？

Key concepts

• 群落相互作用与代谢交换
• 生物膜形成与结构
• 细胞外聚合物基质
• 群体感应
• 生物膜细胞的生理学改变

Key theories

生物膜生长模式

Costerton及其同事认为，表面附着、基质包裹的生物膜是微生物生命的一种主要且独特的模式，其中细胞与自由生活细胞相比表现出生理学改变和耐受性增加。

Mechanisms

群落中的微生物通过资源竞争、代谢物的合作交换和化学信号传导进行相互作用。生物膜的形成始于附着到表面，随后是生长、产生将细胞连接在一起的细胞外基质，并成熟为结构化群落；生物膜内的细胞通常表现出基因表达的改变和对压力的更大耐受性。群体感应等协调行为使种群能够集体响应其密度。

Clinical relevance

生物膜形成于自然表面、工业系统和医疗设备上，它们对抗菌剂和宿主防御的耐受性导致持续污染和慢性感染，使得群落和生物膜生物学在环境、工业和健康相关背景下都非常重要。

History

人们认识到大多数微生物在自然和临床环境中以表面附着生物膜而非自由漂浮细胞的形式存在，这一认识在20世纪后期逐渐深入，Costerton及其同事在1999年发表的评论等强调生物膜是持续感染的常见原因和一种独特的微生物生命模式。

Key figures

• J. William Costerton
• E. Peter Greenberg

Seminal works

• costerton1999
• madigan2018

Frequently asked questions

为什么生物膜比自由漂浮的细菌更难清除？

生物膜中的细胞受到细胞外基质的保护，并且通常表现出改变的生理学，这共同增加了它们对抗菌剂和宿主防御的耐受性，与自由生长的相同细胞相比。这就是为什么生物膜与持续污染和感染相关联。