持留细胞是由生物被膜内细菌分化构成的，它们是加强耐药性的环节机制之一。生物被膜中的养分物质和氧气分布并不服均，跟着从概况到核心的距离添加，养分和氧气的浓度逐步削减。这种削减导致内部细胞的代谢勾当和发展速度显著下降，从而构成持留细胞。虽然持留细胞正在遗传上取其母体细胞类似，但其心理形态却有较着差别。持留细胞的代谢勾当和活性极低，仅耗损少少量的氧气和养分物质，并表示出极强的抗逆性。持留细胞的存正在使它们可以或许正在高浓度的抗生素中存活，因为持留细胞凡是正在恶劣下构成，例如正在生物被膜中，它们具有一般细胞所不具备的特征，如代谢和发展迟缓、毒素-抗毒素系统调理、匹敌生素的耐受性、磷酸盐代谢上调、抗氧化能力加强和强大的DNA修复系统。傍边的抗生素浓度下降时，持留细胞会恢复为一般代谢形态，起头增殖，并从生物被膜平分散，构成新的生物被膜。先前的研究表白，即便正在未选择耐药突变体的尝试前提下，环丙沙星仍无法完全肃除铜绿假单胞菌生物被膜，生物被膜去除失败凡是归因于持留细胞的存正在。Soares等通过共聚焦激光扫描显微镜和组阐发，研究了环丙沙星对生物被膜布局的影响以及持留细胞嵌入生物被膜的现象。虽然正在颠末24 h的抗生素处置后，环丙沙星部门了生物被膜基质，但持留细胞仍然存活。一项关于氧氟沙星和环丙沙星对铜绿假单胞菌生物被膜的剂量-效应杀灭感化的研究发觉，大大都细胞正在低浓度抗生素下被，但进一步添加抗生素浓度并未显著提高杀灭结果，这表白持留细胞的存正在是导致生物被膜匹敌生素具有高度抗性的次要缘由之一。

　　总之，生物被膜的构成显著加强了多种食源性致病菌匹敌生素的耐药性。金葡萄球菌、沙门氏菌、空肠弯曲菌、铜绿假单胞菌和单增特菌正在构成生物被膜后，遍及表示出对青霉素类、喹诺酮类、头孢菌素类、氨基糖苷类和糖肽类等抗生素的耐药性显著加强。出格是对于具有较强生物被膜构成能力的菌株，抗生素耐药性的提拔尤为显著。比拟之下，生物被膜构成能力较弱的菌株正在抗生素耐药性方面的变化则相对较小。因而，深切切磋分歧食源性致病菌正在生物被膜构成取耐药性之间的关系机制，可以或许为开辟更具针对性的抗生物被膜医治策略供给主要的理论根据和手艺支撑。

　　黏是食源性致病菌正在宿从体内定植并激发传染的环节步调，间接影响其毒力。黏附是致病菌通过黏附因子（如黏附素、纤毛等）取宿从受体连系，从而安稳附着的过程，有帮于其规避宿从的断根机制并构成传染灶。相对而言，是细菌通过度泌因子（如卵白酶、脂质酶、毒素等）宿从细胞布局，进入宿从细胞或组织的过程。生物被膜中的群系统统能够协调因子的表达，从而加强细菌的能力。成功的黏决定了致病菌的定植和致病能力。虽然逛离细菌的黏附能力较强，可以或许实现初步定植，但其能力相对较弱，容易被宿从免疫系统断根。面临压力时，逛离细菌的能力较低，难以维持持久致病性。比拟之下，生物被膜中的细菌通过EPS构成性微，加强黏能力，从而具备更强的定植和致病潜力。这些细菌可以或许排泄更多的因子，并通过信号传导系统协调群体行为，进一步提高对宿从的效率。研究表白基因表达取致病菌的黏能力变化亲近相关。一项研究发觉，cheV基因缺失的肠炎沙门氏菌突变体正在Caco-2细胞上的黏能力显著降低，肠炎沙门氏菌的毒力也显著下降。这表白黏能力的降低取细菌毒力的降低呈正相关。因而，生物被膜中的致病菌正在对宿从细胞的黏方面表示出更高的能力，是慢染和难治性疾病的主要要素。

　　孙露，上海理工大学健康科学取工程学院2023级硕士研究生，共青团员。本科就读于合肥大学生物食物取学院，硕士期间的次要研究标的目的为食物微生物平安。

　　EPS复杂的布局致病菌免受抗生素侵害，正在加强抗生素耐药性中阐扬了环节感化。EPS中的多糖构成了致密且黏稠的网状布局，了抗生素正在生物被膜中的扩散，从而提拔了匹敌生素的抗性。其次，带电多糖使EPS构成天然的电荷樊篱，进一步障碍抗生素进入生物被膜。除了做为物理樊篱，EPS还通过抗生素润色酶将抗生素润色为对细菌无害的布局。已发觉的抗生素润色酶有裂解酶、基团转移酶、水解酶和氧化还原酶等。裂解酶通过堵截抗生素的特定化学键其活性；基团转移酶通过转移化学基团，改变抗生素的布局和性质；水解酶则通过水解化学键使抗生素得到活性；而氧化还原酶通过氧化或还原抗生素的化学基团改变其活性。例如，β-内酰胺酶可以或许水解β-内酰胺类抗生素的内酰胺环，使其得到活性；磷酸转移酶则通过将磷酸基团转移至抗生素上，改变其活性或降低其取靶标的亲和力。Flemming等的研究表白，抗生素取EPS中的酶发生酶降解等反映而导致其活性降低。此外，EPS中的eDNA具有推进微生物黏附、抗生素扩散并螯合阳离子的感化。Wilton等的研究进一步指出，eDNA还能激发基质酸化，从而加强铜绿假单胞菌的抗生素耐药性。

　　生物被膜的构成可同时加强食源性致病菌的耐药性和毒力，使两者呈现耦联关系。例如，Yang Yujuan等的研究表白，单增特菌构成生物被膜后，不只显著提高了对多种抗生素的耐药性，还加强了对Caco-2细胞的黏能力。同样，Ito等研究发觉大肠杆菌构成生物被膜后对氨苄西林的耐药性显著添加，此外，毒力基因的表达程度提高。这种耐药性和毒力的双沉加强机制凸显了应对生物被膜相关食物平安问题的主要性。

　　食源性致病菌构成生物被膜后匹敌生素的耐药性遍及加强，这种加强感化可能是通过生物被膜布局、细胞群体功能分化和细菌细胞基因突变或调控等实现的（表2）。如生物被膜EPS不只可以或许充任樊篱，抗生素的扩散和渗入，还通过酶类的润色机制使抗生素失活，进一步提高细菌匹敌生素的耐药性。外排泵则通过将抗生素从细菌内部排出，降低细菌细胞内抗生素的浓度，从而推进耐药性的成长。此外，基因层面的变化、持留细胞的发生以及群体的调理也对细菌的耐药性发生主要影响。

　　食源性致病菌是惹起食源性疾病的次要要素，对食物平安形成严沉。生物被膜是被胞外聚合物（EPS）包裹的微生物细胞的调集，是细菌应对晦气的一种体例。据报道，生物被膜介导了约65%的人类传染，且80%的慢染取生物被膜的构成间接相关。若不采纳干涉办法，生物被膜将成为持续的致病菌污染源，添加交叉污染风险，导致经济丧失并危及消费者健康。

　　上海理工大学健康科学取工程学院的孙露、李云、王翔*等人环绕生物被膜构成后食源性致病菌抗生素耐药性和毒力变化展开综述，并切磋耐药性和毒力加强的机制，为评估和节制构成生物被膜的食源性致病菌风险供给参考。

　　王翔，博士，上海理工大学副传授、硕士生导师。2009年、2012年于南京农业大学别离获得生物手艺专业学士学位和食物科学专业硕士学位，2016年结业于比利时根特大学获使用生物工程博士学位。2017年入职上海理工大学，同年入选上海市高校“青年东方学者打算”。次要针对食物中无害微生物开展研究，沉点开展了无害微生物检测、风险评估等研究。目前颁发论文70余篇，此中SCI期刊收录30余篇，参编专著4 部。掌管国度天然科学基金青年项目、上海市教委、上海市农委、上海市疾病防止节制核心等项目6 项。担任《食物平安质量检测学报》青年编委、上海市食物学会青年工做委员会委员。

　　生物被膜的构成是一个高度协调的过程。细菌通过群体、环二鸟苷酸（c-di-GMP）和非编码小RNAs（sncRNAs）进行信号传导，以调理生物被膜的布局和功能。群体通过自物的累积激活细菌基因，推进生物被膜的构成和成熟。c-di-GMP是一种小核苷酸信号，做为第二介导生物被膜的构成以及毒力基因的表达。此外，c-di-GMP可加强生物被膜对的顺应能力，其浓度程度间接影响生物被膜的形态：高浓度的c-di-GMP推进生物被膜的构成，而低浓度推进成熟生物被膜的扩散。SrbA、ErsA、Qrr和CsrB/C是正在生物被膜调控中阐扬环节感化的几种sncRNAs。SrbA通过提高生物被膜的生物量加强细菌生物被膜构成能力；ErsA通过影响EPS的发生，正向调理生物被膜的初期黏成熟过程；Qrr则通过调控群系统统，调理生物被膜的构成及毒力基因的表达程度；CsrB/C通过取调理因子CsrA连系，进一步影响生物被膜的构成，CsrA通过调控核心碳代谢通，参取生物被膜的构成过程。生物被膜细菌之间的彼此感化（包罗协同感化和合作感化）也显著影响生物被膜的不变性和功能。协同感化通过推进细菌发展和加强耐药性，而合作感化则通过抢夺资本和空间调控生物被膜的构成和不变。总之，生物被膜的构成是一个涉及多种信号传导路子和机制的动态过程，这些机制配合感化以调理生物被膜的布局、功能和不变性。

　　外排泵是细菌细胞膜上的卵白质活性转运系统，担任将抗生素从细胞内输送到外部降低细胞内抗生素的浓度。正在此过程中，多品种型的外排泵家族阐扬着分歧的感化，次要包罗耐药结瘤家族（RND）、次要推进子超家族（MF）、小型多药耐药家族（SMR）、ATP连系盒家族（ABC）和多药和有毒化合物挤落发族（MATE）。此中，RND外排泵不只可以或许将抗生素从细胞内排出，还能够通过底物荷载、轴运输等机制进一步加强细菌耐药性。ABC的外排泵则通过ATP水解供给能量以鞭策底物运输，具有较高的选择性和性。此外，正在细菌生物被膜中，外排泵基因的上调是生物被膜比拟逛离细菌表示出更强耐药性的环节要素之一。例如，Zhang Li等发觉铜绿假单胞菌编码ABC转运卵白复合物构成部门的PA1874～1877基因簇正在生物被膜中过度表达，鞭策了生物被膜性抗生素耐药性的构成。Ferrer-Espada等的研究表白外排泵的存正在有帮于加强生物被膜的抗生素耐药性，这些泵的活性可恢复铜绿假单胞菌菌株多药耐药性的抗生素性。

　　生物被膜中细菌的基因表达取逛离细菌有显著差别。不只基因调控发生变化，基因突变也滋长了细菌匹敌菌药物的耐药性。细菌中的基因突变往往是其对压力顺应的成果之一。Nesse等的研究表白，当将大肠杆菌生物被膜于高剂量环丙沙星中两周后，生物被膜中的大肠杆菌通过多个环节基因（如gyrA、parC、gyrB和parE）发生突变，进而发生耐药性。此外，这些突变还导致环丙沙星的MIC显著添加。正在生物被膜中的细菌，其基因突变率凡是较高，这一现象可能驱动细菌进一步发生耐药性。研究表白，因为生物被膜基质内微生物密渡过高，分歧微生物之间的亲近接触加剧了基因突变后抗性基因的。通过共享抗性基因，分歧之间能够敏捷获得抗生素抗性。这种抗性基因的次要通过程度基因转移（HGT）进行，HGT依赖于遗传物质通过挪动遗传元件（如噬菌体、质粒、转座子和整合子）进行转移。这些挪动遗传元件照顾耐药基因，可以或许正在细菌群体之间扩散。Li Bing等利用微流体安拆及时监测了生物被膜中质粒介导的基因转移过程，了基因转移的环节机制。Qiu Yong等的研究则连系琼脂糖微流控芯片、流式细胞术及高通量测序手艺，对生物被膜中质粒的转移特征进行了可视化和量化阐发。以照顾耐药基因的广宿从范畴质粒向活性污泥细菌的转移为例，研究了抗生素耐药基因的质粒正在生物被膜中的现象。

　　当致病菌处于不适于发展的极端中，致病菌中的基因会向着有益于的标的目的进行调理。致病菌通过调理基因的表达程度间接或者间接地影响着致病菌毒力因子的合成和以顺应新。正在生物被膜中，致病菌毒力基因的总体本品貌较高，意味着毒力因子的表达和更多，是宿从传染的环节要素。Gallego-Hernandez等初次比力了塑料概况上发展的霍乱弧菌生物被膜细胞和逛离细胞的全基因组表达谱，正在生物被膜中发展的细胞参取生物被膜基质拆卸的基因品貌较高，而且很多毒力相关基因的消息品貌有所添加。Adnan等研究发觉，大肠杆菌正在晦气发展前提下，会惹起BolA基因的过度表达。BolA基因的过度表达导致细菌形态从杆状改变为球状，这种形态改变可以或许显著提高细菌对概况的黏附性，从而推进生物被膜构成的晚期附着过程。此外，BolA基因还能上调EPS的生成，为细菌供给，使它们可以或许正在更恶劣的前提下，并加强抵当力和毒力。这些机制通过协调感化推进了生物被膜的构成，加强了大肠杆菌的和定植能力，从而添加其致病性，对宿从细胞的损害显著加强。

　　细菌抗生素耐药性的不竭加强是全球公共卫生面对的一个严峻挑和，而生物被膜的构成加剧了耐药性。研究中，对构成生物被膜食源性致病菌耐药性的检测多参考逛离细菌的方式。起首通过某些酶类（如卵白酶或多糖酶）生物被膜的EPS布局，出内部的细菌，继而进行抗生素耐药性检测。逛离细菌耐药性检测的次要方式是测定最低抑菌浓度（MIC），常用的手艺包罗Kirby-Bauer纸片扩散法和肉汤微量稀释法等（表1）。然而，典范的药敏尝试成果往往无法无效预测生物被膜实正在耐药性，也难为临床大夫供给靠得住的医治指点。跟着生物被膜研究的深切，针对完整生物被膜耐药性的检测方式也逐步获得开辟。取逛离细菌的检测分歧，完整生物被膜检测方式无需其基质布局。这种方式的劣势正在于可以或许更精确地模仿细菌正在天然或临床中的实正在形态，供给更靠得住的抗药性评估，并有帮于开辟新的抗菌医治策略。生物被膜安拆（CBD）是受关心的完整生物被膜耐药性检测东西（表1）。Ceri等操纵CBD检测了大肠杆菌（ATCC25922）、此外，生物被膜芯片（BiofilmChip）、Bio-Timer测定法和等温微量热法也被用于完整生物被膜耐药性的检测。检测成果均表白，正在构成生物被膜后食源性致病菌的抗生素耐药性加强。

　　毒力和抗生素耐药性是致病菌的主要生物学特征。抗生素的普遍利用以至加剧了耐药性的成长，这些耐药菌可通过食物链给人类，构成生物被膜的食源性致病菌的抗生素耐药性则会进一步加强。

　　针对沙门氏菌、空肠弯曲菌、金葡萄球菌和单增特菌等致病菌的研究均发觉，这些病原体正在构成生物被膜后，其毒力遍及加强（表3）。致病力指数（PI）是一种用于权衡病原微生物致病能力的定量目标，通过度析阐发病原体正在宿从中的传染、毒性和致病能力反映病原体激发疾病的严沉程度和能力。按照PI的数值（1～10）可将致病菌株分为高、中、低3 组致病性。成果显示，正在28 ℃前提下，构成生物被膜的菌株，其PI比不构成生物被膜的菌株超出跨越2。3 倍。Yang Yujuan等研究了单增特菌正在构成生物被膜前后对人结肠癌腺细胞（Caco-2）黏能力的影响。成果显示，取逛离形态的菌株比拟，生物被膜形态下的黏附率和率显著提高，出格是成膜能力最强的ATCC19112菌株，其黏附率和率别离添加了37%和337%。这表白，生物被膜的构成显著加强了单增特菌的黏能力，从而提高了其致病性。虽然大都研究表白，食源性致病菌正在构成生物被膜后毒力显著加强，但仍有少数细菌的毒力正在构成生物被膜后有所削弱。例如，Wang Yang等发觉，取逛离细菌比拟，猪链球菌生物被膜对HEp-2细胞的黏附能力下降58%。此外，他们还比力了猪链球菌生物被膜和逛离细菌对斑马鱼的毒力，生物被膜的对折剂量（50% lethal dose，LD50）比逛离细菌超出跨越约1～2 个对数单元。生物被膜毒力降低可能取其代谢降低相关。生物被膜通过EPS包裹细菌，削减了毒力因子的排泄，并降低了对宿从组织的性。虽然猪链球菌并型的食源性致病菌，其生物被膜构成后毒力下降的特征仍具有研究价值，为摸索生物被膜取致病性之间的关系供给了新的标的目的。

　　很多食源性致病菌激发的食物中毒事务和持续性细菌传染取其构成的生物被膜亲近相关，这可能取致病菌构成生物被膜后的毒力加强相关。致病菌生物被膜的毒力程度检测具有主要意义，常见的检测方式包罗毒力基因的表达程度、细胞的黏附取能力以及正在动物模子中的毒力表示（表3）。此中，操纵动物模子进行的毒力评估被认为是最为间接和全面的体例。正在致病菌毒力评价中常用的动物模子有小鼠和大蜡螟长虫等。这些模子通过模仿人类的传染过程，了生物被膜对病原体致病性、宿从反映和疾病成长的影响。Turnock等比力分歧给药路子下小鼠传染鼠伤寒沙门氏菌后的毒力变化。研究采用腹腔打针、静脉打针和胃内打针3 种路子，将鼠伤寒沙门氏菌以逛离细菌或生物被膜中的细菌别离打针至小鼠体内，以评估其致病性。成果显示，腹腔打针后第5天，取逛离细菌比拟，打针生物被膜态鼠伤寒沙门氏菌小鼠脾净中的定植量显著添加，达到1。5 个对数单元的差别。此外，大蜡螟长虫致病模子也被普遍用于食源性致病菌毒力检测。Graf等通过大蜡螟长虫致病模子，验证了金葡萄球菌的致病潜力。研究成果显示，打针生物被膜态金葡萄球菌的大蜡螟长虫表示出更高的灭亡率。

　　生物被膜是附着正在生物或非生物概况上的细菌堆积体，是细菌应对变化（如温度变化和养分削减等）时的一种策略。生物被膜的构成次要包罗5 个阶段，别离为可逆附着、不成逆黏附、小菌落的构成、生物被膜成熟、细菌的分手和扩散（图1）。逛离细菌正在水中堆积，启动了生物被膜的构成。这些堆积的细菌黏附正在固体概况上并发生EPS。EPS的构成为维持生物被膜的完整性和优良的供给了根本。研究表白，生物被膜的EPS占其生物量的90%，由多糖、胞外DNA（eDNA）、卵白质和脂质等高度水合的成分构成。这些组分不只供给了黏附支架，还为细菌供给。正在随后的阶段中，微菌落逐步构成小菌落，并发展成为蘑菇状或塔状布局的成熟生物被膜。正在最初阶段，成熟的生物被膜正在恰当的下会逛离细菌，这些细菌扩散至其他区域并构成新的生物被膜。

　　群体是一种细菌通过自剂进行群体内通信的现象，涉及特定的发生、传送（通过自动或被动运输体例），以及细菌内部受体对这些的识别，进而激发基因表达的变化。这种通信机制对于维持细菌群体的协和谐顺应性至关主要。群体取生物被膜的抗生素耐药性亲近相关。起首，群系统统可以或许变化，例如抗生素浓度的升高，并通过调理降解酶的合成应对恶劣。群体通过3 种次要体例调理细菌的耐药性：调控外排泵基因的表达、调控生物被膜的构成以及调控排泄系统。具体而言，群系统统能够调理外排泵基因的表达，添加抗生素的外排量，从而降低细菌匹敌生素的性。此外，它还通过调控生物被膜的构成影响抗生素的渗入性，使得抗生素更难以感化于细菌。最初，群系统统还可能通过调控排泄系统，影响细菌信号的能力，从而调理细菌之间的彼此感化，推进抗生素耐药性的构成。