生物薄膜

一个鱼缸的表面上的彩虹色生物薄膜。

生物膜在醫學、工業和生態上都具有重要意義。

在醫學中，人類大約65%的細菌性疾病有生物膜參與。如在口腔中，牙齒表面的生物膜可形成牙菌斑、齲齒和牙齦感染。生物膜也可導致器官移植後（如心臟起搏器）的感染。空調中的退伍軍人菌（Legionella pneumoniae）形成生物膜可導致退伍軍人病。綠膿桿菌（Pseudomonas aeruginosa）在肺部感染的形成囊性纖維變性、肺結核、尿路感染、呼吸道感染和大約25%的腎結石也是由生物膜造成的。

輸油管道中形成的生物膜會嚴重影響管道輸送能力。

生物膜中的細菌和游離細菌有很多不同點：

• 生物膜中的細菌對抗生素、過氧化氫或者去污劑的抗性比游離細胞可高達400倍。
• 通過二維蛋白質電泳，發現生物膜中的細菌可能高達40%和游離細胞不同的蛋白。
• 生物膜中的細菌可以不分裂而維持生存（休眠）很長時間。
• 生物膜中的生物合成更多的向外分泌的多糖，並進行不同的次級代謝。
• 生物膜中的細菌對外界環境條件改變（如pH、離子濃度、滲透壓、黏度、營養、氣體交換）作出的反應更迅速。

生物膜體積的90%由聚合物基質或水管道構成。生物膜具有結構而非均一，管道可用於生物膜内部的細菌交換物質。生物膜中，構成底層和表層的細菌種類和比例也不同。

生物膜的細胞可通過群體感應調整自身的生理狀況。

生物薄膜的形成过程5个步驟。

生物膜的形成有以下步驟（见右图）：

1. 細菌的可逆吸附（秒）
2. 細菌的不可逆附著，改變被附著表面的特性，使其更易被附著（秒~分）
3. 細菌的生長和分裂（小時~天）
4. 胞外聚合物的產生，生物膜開始形成（小時~天）
5. 其他生物在生物膜上的附著（天~月）

在黄石国家公园的生物薄膜。最长的凸起垫子区域占有约半米长。

在俄勒冈州米奇温泉流出的嗜热细菌生物薄膜，约20毫米厚。

生物薄膜通常发现于浸没在或暴露于水性溶液中的固体底物，尽管它们可以在液体表面形成浮动垫还可以在树叶片的表面上形成，特别是在高湿度的气候。如果有足够的增长资源，生物薄膜会迅速成长为宏观的（肉眼可见的）。生物薄膜可以包含许多不同种类的微生物，例如，含有细菌，古菌，原生动物，真菌和藻类；每组种类的微生物执行专业化的代谢功能。然而，一些微生物在特定条件下会形成单一物种的生物薄膜。生物膜内的社会结构（合作，竞争）高度依赖于存在的不同物种。[1]

爲防止某些情況下的生物膜形成，有如下辦法：

預防性：

• 防止營養物沉積
• 特殊的表面使細菌無法附著（“荷葉效應”）

物理方法：

• 超聲
• 高電壓
• 磁場

化學方法：

• 抗生素
• 去污劑
• 過氧化氫
• 螯合劑（如EDTA）

生物調控方法：

• 加入群體感應中誘導物的相似物質從而抑制群體感應

• 红茶菌
• 疊層石