生物膜是自然界中大多数细菌的聚集形式，与多种类型的感染有关，这些感染对患者的影响可能非常严重。生物膜感染通常难以用抗生素治疗，因为它们具有固有的物理保护特性，如细胞外基质的产生、低增长率、抗生素靶标的改变以及高效交换抗性基因。

2024年10月，由Ho Yu Liu、Emma L. Prentice和Mark A. Webber共同在《npj Antimicrobials and Resistance》杂志上发表题为“Mechanisms of antimicrobial resistance in biofilms”的研究论文。在这项研究中，深入探讨了生物膜中抗菌素耐药性的机制，详细描述了生物膜的生命周期、生物膜的表型特征，以及基质和持久细胞对生物膜固有耐受性的贡献。研究还探讨了生物膜如何进化出抗生素抗性以及在生物膜内部传递抗性基因。研究表明，生物膜的形成是一个复杂的过程，涉及细胞生理的多重变化，包括细胞外成分的产生，如粘附素，以及多种变化。生物膜的成功与其基质密切相关，基质中的各种组分可以抵御包括抗生素在内的一系列环境压力。基质可以阻碍抗生素进入生物膜，降低达到细菌细胞的抗生素浓度，并且某些抗生素可能与基质成分形成复合物或被基质中的酶分解。此外，研究还强调了水平基因转移（HGT）在生物膜中的作用，这是抗微生物耐药性危机的主要贡献者。HGT通过携带抗性基因的移动遗传元素（MGEs）的移动，促进了从非致病性细菌到致病性细菌以及不同种致病细菌之间的抗性基因的传播。研究的作者强调，为了更好地理解细菌如何在生物膜环境中生存以及抗微生物耐药性如何在这一关键环境中进化，未来需要开发模型来研究混合社区生物膜中的抗微生物耐药性。此外，研究还指出，环境压力如何加剧和影响生物膜中HGT的速率，以及外膜囊泡（OMVs）和侧向转导作为生物膜中HGT机制的可能性。

图 1：表面附着的生物膜的生命周期。

 生物膜的形成从细胞最初附着到底物上 （a） 开始，然后是细胞的不可逆附着 （b）、微集落形成 （c） 和生物膜成熟 （d），以及细胞或聚集体的分散，这些聚集体继续定植于其他底物 （e）。

图 2：基质中可阻碍抗生素吸收到生物膜中的成分与HGT 的三种主要机制。

带正电荷的抗生素（如氨基糖苷类抗生素）可以与基质中发现的带负电荷的 eDNA 结合，减少抗生素的渗透，多糖可以形成渗透屏障，分泌的酶可以分解抗生素，导致到达细菌细胞的抗生素浓度降低。转化，将 DNA 从环境中摄取到细菌细胞中，转导，通过噬菌体将 DNA（红色）插入细菌中，以及偶联，质粒（白色）上的基因通过菌毛直接接触从供体转移到受体细胞。细菌染色体显示为粉红色或黑色，质粒显示为绿色。

图 3：生物膜内细胞对抗生素敏感性的异质性。

在活跃生长的生物膜细胞后，持续存在者（红色）对生物膜感染的重新繁殖被抗生素等应激杀死。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s44259-024-00046-3

Doi:10.1038/s44259-024-00046-3