細菌生物膜與人類感染疾病


細菌生物膜與人類感染疾病
 

生技系 林美惠助理教授

「生物膜」(biofilm)這個名詞對很多人來說可能很陌生,但其實大家或多或少都曾經接觸過生物膜,例如家裡的水槽、浴缸、馬桶等如果久未清洗,可以發現在表面形成一層滑滑黏黏的薄膜,那就是生物膜。生物膜廣泛的定義:就是由微生物以及其所分泌之胞外物質(extracellular matrix)附著在物體表面所形成的結構。根據研究發現:環境中的微生物,並非如我們想像的都是離群索居,就如同人類會群居一般,百分之九十以上的微生物,都是群聚生長在生物膜的結構中。不僅如此,一部分居住在生物膜社區中的細菌,還必須自我犧牲和裂解,以釋放出細菌細胞中的染色體 DNA,稱之為胞外 DNA(extracellular DNA,eDNA),以供形成生物膜所需。由此可知:細菌形成生物膜是細菌的集體行為,彼此之間需互相協調溝通的。

 大家可能很好奇,細菌之間會互相溝通對話嗎?沒錯!就好比人們的網購行為,細菌也會揪團一起去做某些事,當細菌數目累積到一定數量,就能開團成功!這種溝通協調機制稱之為「群體感應系統」(quorum sensing)。細菌之間溝通的語言是一種化學訊息分子,細菌藉由這種化學訊息分子互相對話,並感應彼此的存在,當偵測到周遭細胞族群密度已達到最低「開團」門檻,便協調表現某些細菌特定的群體行為,因此以細菌生物膜為例,其形成步驟包括 1. 黏附:首先細菌黏附到適合生存的物質表面,然後呼朋引伴聚集在一起。 2. 成熟:當細菌的族群密度已達到最低門檻,藉由群體感應系統的調節,細菌開始分泌蛋白質、多醣類並促使某些細菌死亡並釋放 eDNA,於是成熟的細菌生物膜社區就形成了。 3. 崩解擴散:就如同人類的社區一樣,有些人會搬出社區,但也有些人會新遷入,細菌亦然,因此細菌生物膜是動態的結構,並非一成不變。

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