什么是细菌和他们如何生活?

细菌是小型生物,无法用肉眼看到。检测到它们,必须使用显微镜。由细菌细胞壁周围的遗传物质和其他细菌所需的结构细胞。细菌是地球上最丰富的生命形式。他们存在于多种尺寸,形状和颜色。细菌繁殖的部门,每个细胞分裂成两个新细胞,称为子细胞。在半小时内,细菌可以在数量的两倍。许多细菌不是有害于人类和细菌被认为是“好”。这些有益细菌对人类有益。例如,“好”的细菌可以占用的空间有害细菌,并且通过这样做保护我们免受感染。其他细菌帮助我们消化食物1]。有害细菌,也称为致病性细菌,引起各种疾病。

细菌生活在殖民地,每个细菌周围是许多其他细菌,防止其外部环境。在殖民地,细菌相互通信使用化学物质。这些化学信号帮助细菌形成网络称为生物膜(图1)。生物膜的另一个名称是一个斑块。牙医使用的术语斑块通常是描述牙齿的细菌层。这一层是附着在牙齿和分泌材料破坏的牙齿。生物膜可以提供细菌抵抗抗生素,通常可以杀死细菌(图1)。细菌生物膜,一些仍能生存,繁殖,造成infections-even抗生素的存在。这些感染是一个主要的问题在医院,他们伤害甚至杀死病人。预防这些感染、医院和医疗体系投资多努力清洁医院设施和医疗设备2]。

抗生素如何工作?

能杀死细菌的抗生素是一种化合物。抗生素停止至关重要的细胞活动,使细菌。例如,一些抗生素破坏细胞壁和防止细菌繁殖。第一个抗生素,青霉素,是90多年前发现的。从那时起,许多其他的抗生素被发现。自从发现和使用抗生素,已经进化,抵制抗生素,细菌大量繁殖,即使抗生素。这些被称为“耐抗生素细菌。“抗生素耐药性进化突变(基因变化)细菌的DNA,使细菌生存的抗生素。一年前,世界卫生组织发表了一份报告在12个不同细菌对抗生素耐药的菌株(3]。这些耐药菌株,解决方案必须找到除了抗生素来杀死细菌。我的研究小组认为,如果我们能阻止生物膜的形成,我们将能够成功地对抗耐药性细菌。

我们如何对抗细菌?

世界各地许多研究小组正试图找到化合物将阻止生物膜的形成。一些研究侧重于发现的化合物,可以防止生物膜形成的第一步。在生物膜形成的第一步,大分子如蛋白质和多糖(大糖)是由细菌和坚持表面细菌增长。这些物质提供了一种“胶水”细菌,这就是生物膜的形成是如何开始的。

在十年前,几个研究小组表明,银的小颗粒可以杀死细菌和组织建议,这些粒子可以作为一种新的抗生素。但是,后来发现这些粒子也可以杀死人类细胞和人类是危险的。因此,银粒子被禁止使用。另一个材料,建议可能阻止生物膜的形成是聚乙二醇(PEG)。这种化合物可以绑定了许多水分子,阻止细菌粘在表面。然而,盯住分解随着时间的推移,所以不可能长期应用程序使用它。其他研究试图模仿自然的表面,防止细菌坚持他们。例如,荷叶总是干净的,即使这种植物一般生长在沼泽和浅水。荷叶保持干净,因为有很多疙瘩的树叶覆盖着蜡。碰撞和蜡的结合有助于叶子上的水滴滑,拖着所有的污垢,像一个拖把。 This phenomenon is called “the lotus effect.” Many research groups are trying and even succeeding in mimicking this effect. However, mimicking the lotus effect often requires expensive and complicated production processes that are limited to small surfaces. Therefore, this solution cannot yet be used in hospitals or other places where we want to prevent biofilm formation.

中断之间的沟通是另一个可能的方法来防止细菌生物膜的形成。细菌相互通信使用各种化学物质。一个细菌产生某一分子,另一个接收它并产生一个不同的分子作为响应。合成分子伤害这种通信,通过阻断信号,是另一种选择抗生物膜的形成4]。

我们建议的解决方案

我的研究小组开发出一种小分子,防止粘生物分子(蛋白质、糖等)从坚持表面,因此减少了生物膜的形成(5]。形成这种“不粘涂层,防止附件表面的生物分子,我们模仿特富龙®的化学。特富龙®是一种不粘材料用于煎锅的生产。我们开发这个分子是由氨基酸。氨基酸是蛋白质的基石。我们选择氨基酸因为他们没有对人类有毒,它们很容易在大量合成,它们可以存储在冰箱里多年,最有趣的是,因为他们可以自组装。分子自组装是一个过程,自发形成有序结构,没有任何外部能源的必要性。换句话说,这些氨基酸可以相互作用和连接像乐高积木一样。

遵守我们的自组装分子不粘的表面,我们使用另一种氨基酸,一个作为主要成分的贻贝粘附蛋白(地图)。贻贝强烈可以附加岩石在海里和挂在高低潮。贻贝坚持使用字符串的地图,富含氨基酸l - 3, 4-dihydroxyphenylalanine(多巴)。这种氨基酸使地图坚持任何surface-metal,玻璃和塑料。

在实验室里我们合成分子不粘,以粉末的形式看起来像糖粉。我们溶解在液体和粉喷在不同的表面。然后执行几个测量确实证明了分子自组装表面上。为了测试涂层防止细菌粘附,我们孵化涂层表面在一个解决方案,包含一百万个细菌细胞及其所需的营养物质。我们总是测试两种类型的表面:一个与涂层(实验)和其他没有涂层(控制)。没有涂层的表面作为控制,因为它显示我们的细菌的数量会坚持没有涂层的表面。根据我们之前的实验中,我们使用的应变的细菌产生了生物膜内表面上9 h。因此,我们等了9 h之前我们把表面的细菌的解决方案。确定有多少细菌表面上,我们触及表面的牙刷,牙刷的细菌转移到盘子中含有细菌的食物。这个盘子被称为培养皿(图2)。细菌生长在培养皿中,形成殖民地。每个殖民地导致从一个细菌的表面。我们清点的数量殖民地,发现涂层表面上的细菌数量明显小于non-coated表面细菌的数量。

这种涂层在现实生活中有用的应用程序,我们仍然需要证明涂层可以减少细菌的数量在正常情况下的外部环境。这意味着涂料应该存活下来的阳光,划痕,暴露在高和低的温度。此外,有必要证明材料没有毒性。这些测试被称为监管化验,他们需要任何新的材料。我们目前正在开发的材料进行监管分析。

未来呢?

不幸的是,一个最终解决方案,完全阻止生物膜的形成是不存在的。生物膜不仅引起院内感染,也损害了食物和水的质量。生物膜的研究小组试图解决这个问题已经提出了几种不同的解决方案,但是仍然需要一个涂层,将足够稳定,不会从表面脱落,细胞不会有毒,会容易应用和便宜。我们希望我们提出的解决方案,由氨基酸组成,将提供一个良好的解决问题的办法。你有你自己的想法解决这个问题?

术语表

细胞壁:↑刚性层制成的蛋白质和糖,它定义了单元的边界,为它提供物质支持,和保护环境。

细胞:↑最基本的生活单位,所有life-respiration的特点,运动,和繁殖。

分子:↑一种物质,是由两个以上的原子通过化学键连接。

氨基酸:↑分子组成的蛋白质。

利益冲突声明

作者说,这项研究是在没有进行任何商业或金融关系可能被视为一个潜在的利益冲突。

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引用

[1]↑黑色,j·g·和黑色,j·l . 2015。微生物学:原则和探索。9。霍博肯,台北:ohn威利& Sons, Inc .)

[2]↑珀西瓦尔,s . L。Suleman, L。Vuotto C。Donelli, g . 2015。罹患卫生保健相关感染病,医疗设备和生物膜:风险、宽容和控制。j .地中海。Microbiol 64:323-34。doi: 10.1099 / jmm.0.000032

[3]↑谁。2017年。谁发布列表,迫切需要新的抗生素的细菌。日内瓦:谁。可以在:http://www.who.int/medicines/publications/global-priority-list-antibiotic-resistant-bacteria/en/

[4]↑近红外光谱,S。赫利,m . 2015。仿生防污方法:对无毒的追求和non-biocidal材料。咕咕叫。当今。Biotechnol 39:48-55。doi: 10.1016 / j.copbio.2015.12.012

[5]↑Maity, S。近红外光谱,S。扎,T。赫利,m . 2014。三肽自组装成一个功能性涂层抗污染。化学。Commun 50:11154-7。doi: 10.1039 / c4cc03578j