中国公共卫生  2007, Vol. 23 Issue (11): 1366-1367   PDF    
铜绿假单胞菌生物膜与下呼吸道反复感染关系
邵圣文1, 樊瑜2, 顾红光1, 邵华1, 张志智1, 王文琴1     
1. 湖州师范学院医学院微生物学教研室, 湖州, 313000;
2. 广州市天河区红十字会医院检验科
摘要目的 分析铜绿假单胞菌临床分离株生物膜形成能力,探讨生物膜与感染反复发作之间的关系。 方法 收集痰液标本,常规方法分离鉴定得到28株铜绿假单胞菌;应用微孔法测定28株铜绿假单胞菌生物膜形成情况;应用硅胶薄片法建立体外生物膜模型,1%复红染色后观察不同生长时期的生物膜形态变化情况,同时应用平板培养法测定生物膜内活菌数目。 结果 28株铜绿假单胞菌临床分离株中,22株形成生物膜,生物膜阳性率为78.57%(22/28);铜绿假单胞菌临床分离株体外生物膜成熟过程分为4个阶段:第1d为黏附阶段,第2 d为过渡阶段,第3~6d为成熟阶段,第6~10 d为解体阶段;在生物膜成熟过程中,生物膜内活菌数量可发生周期性改变。 结论 铜绿假单胞菌生物膜形成是下呼吸道感染反复发作的重要因素之一。
关键词铜绿假单胞菌     生物膜     下呼吸道感染    
Relationship between biofilm of pseudomonas aeruginosa and recurrent infection
SHAO Sheng-wen, FAN Yu, GU Hong-guang, et al     
Department of Microbiology, Medical School of Huzhou University, Huzhou 313000, China
Abstract: Objective To inspect the capability of biofilm formation by pseudomonas aeruginosa isolated from lower respiratory tract infections,and examine the relationship between biofilm of pseudomonas aeruginosa and recurrent infection. Method After 28 strains of pseudomonas aeruginosa were isolated from sputum samples by routine method.The capability of biofilm formation was examined by micro-cell plate.The biofilm model was established on small silica gel slice in vitro, and the morphology changes of biofilm were observed by light microscope after 1% azaleine staining.Meanwhile,the number of living bacteria in biofilm was calculated by plate culture method. Result In 28 strains of pseudomonas aeruginosa,22 strains produced biofilm,and the positive rate of biofilm was 78157% (22/28).The course of biofilm development in vitro was that,on first day,the bacteria attached the surface of silica gel slice and partly formed small cluster;on second day,the small cluster expanded;on third day and sixth day,the mature membrane-like structure appeared;on tenth day,with membrane-like structure partly destruction,small cluster appeared again.The number of living bacteria in biofilm changed as follows,slowly decreased during first day to second day,then sharply falled during second day to third day,retained a stabilization level during second day to third day,and slowly increased again during sixth day to tenth day. Conclusion In vitro,the biofilm development of pseudomonas aeruginosa contains four stages,attachment phase during first day,transition phase during second day,maturity phase during third day to sixth day,and destruction phase during sixth day to tenth day.In the process of biofilm development,the number of living bacteria in biofilm changes with four stages,and can be used to evaluate the phase of biofilm.The biofilm formation of pseudomonas aeruginosa is an important factor of recurrent infection.
Key words: pseudomonas aeruginosa     biofilm    

铜绿假单胞菌广泛分布于环境中,是医院内感染的重要条件致病菌。近年来,铜绿假单胞菌己成为医院内下呼吸道感染的首位病原菌[1]。铜绿假单胞菌引起的肺部感染持续时间长,感染迁延难愈,反复应用敏感性抗生素仍难以清除铜绿假单胞菌,给患者带来极大痛苦与经济损失,严重危害患者身心健康。国外学者认为,铜绿假单胞菌在肺组织内以特殊的生物膜方式生存,是感染反复发作的关键因素之一[2]。本文分析28株铜绿假单胞菌临床分离株的生物膜形成能力,探讨生物膜与感染反复发作之间的关系,为铜绿假单胞菌感染的预防与新治疗方案提供依据。

1 材料与方法 1.1 菌株与试剂

收集湖州地区2004年1~12月期间反复发作、病程6个月以上的下呼吸道感染患者痰液标本40份,常规方法分离并鉴定细菌,得到铜绿假单胞菌28株,采用10%甘油于-20℃冻存保藏。铜绿假单胞菌生物膜阳性标准株(ATCC15692,第二军医大学薛利军博士惠赠);胰蛋白胨和酵母提取粉(英国OXOID公司);其他分析纯试剂(上海生物工程公司)。

1.2 方法 1.2.1 生物膜半定量分析

应用LB培养基(Luria-Bertani medium)复苏28株铜绿假单胞菌分离株和2株标准株,37℃培养16 h。参照文献[3]方法,采用微孔法测定铜绿假单胞菌的生物膜形成能力。结果判定:计算生物膜阳性标准株3个平行孔的平均A570值(阳性标准株A570值),根据公式“临界值=阳性标准株A570值+2SD"计算得到临界值;计算测试菌株平均A570值,当平均A570值大于临界值时,判定为生物膜阳性。

1.2.2 生物膜形态观察及生物膜内活菌数目测定

取保存菌种接种LB培养基,37℃过夜培养,挑取菌落转种于LB液体培养基,37℃培养16 h,即为复苏菌液。取200 μl复苏菌液加入24孔细胞培养板小孔内,再放入2片医用硅胶薄片,37℃培养,每株细菌进行平行5孔试验。分别在第1,2,3,6,10 d各取出1片硅胶薄片,生理盐水洗涤3次后1%复红染色2 min,光学显微镜观察;取出另1片硅胶薄片,生理盐水洗涤3次后剥离生物膜,加入LB培养基并剧烈震摇,1:1000稀释后应用常规平板菌落计数法测定生物膜中活菌数目。

2 结果 2.1 铜绿假单胞菌分离株生物膜形成能力(图 1
注:临界值线( A 570 = 01419) 上部为生物膜阳性菌株。 图 1 铜绿假单胞菌临床分离株生物膜形成能力

生物膜阳性标准株平均A570为0.391±0.014,经计算获得临界值为0.419。图 1显示,28株铜绿假单胞菌临床分离株中,A570>0.419者共有22株,提示78.57%(22/28)的铜绿假单胞菌临床分离株均能够形成生物膜。

2.2 铜绿假单胞菌生物膜形态变化(图 2
注:A :生物膜阴性;B、C、D、E、F :第1 ,2 ,3 ,6 ,10 d 的生物膜。 图 2 铜绿假单胞菌生物膜型态变化过程

图 2-A为生物膜阴性的铜绿假单胞菌,呈均匀生长。图 2-B、C、D、E、F为生物膜阳性的铜绿假单胞菌生长形态。第1 d,铜绿假单胞菌黏附在硅胶片表面,局部形成细小团块(图 2-B);第2 d,细菌局部团块区域扩大,广泛分布(图 2-C);第3和第6 d,出现成熟的膜样结构,有脉络样结构出现(图 2-DE);第10 d,局部区域膜样结构解体,脉络模糊,左下角出现小块状细菌团(图 2-F)。

2.3 铜绿假单胞菌生物膜内活菌数目变化(图 3
图 3 铜绿假单胞菌生物膜内活菌数目变化曲线

图 3显示,生物膜内活菌数目变化可分为4个阶段:第1~2 d,活菌数缓慢减少;第2~3 d,活菌数急速减少;第3~6 d,活菌数基本上保持不变;第6~10 d,活菌数缓慢增加。

3 讨论

国外学者发现,铜绿假单胞菌肺部感染的顽固性、难治性是由于细菌在肺组织内以一种特殊的生物膜方式生存。在肺组织内,铜绿假单胞菌粘附在上皮细胞表面,细菌聚集成团,外周被多糖聚合物包裹,形成致密的细菌生物膜。细菌生物膜主要有3个特点[4, 5]:(1)生物膜外周的多糖聚合物阻止机体免疫细胞与生物膜内细菌接触,再加上多糖聚合物的免疫原性弱,使得机体免疫系统无法清除生物膜内细菌;(2)生物膜内细菌代谢处于相对静止状态,外周多糖聚合物又使得抗生素难于有效进入其内部,这就造成生物膜内细菌对多种抗生素不敏感;(3)成熟的生物膜能够局部自发性解体,释放出游离细菌并扩散,在新部位再次形成生物膜,引起感染迁延。生物膜以上特性导致其感染慢性化、迁延难愈,常用抗生素疗效差。

本文结果显示,28株铜绿假单胞菌中,22株细菌生物膜阳性,阳性检出率为78.57%,提示铜绿假单胞菌生物膜可能是下呼吸道感染反复发作的重要原因。体外铜绿假单胞菌生物膜形态变化观察结果显示,铜绿假单胞菌临床分离株生物膜的成熟过程如下:第1 d为黏附阶段,第2 d为过渡阶段,第3~6 d为成熟阶段,第6~10 d为解体阶段,与国外报道一致[6]。在生物膜成熟过程中,生物膜内活菌数目发生周期性改变。第1~2 d,生物膜处于黏附和发展阶段,尚未形成致密结构,细菌代谢/繁殖活动旺盛,活菌数目减少不多;第3 d,生物膜已经成熟,出现致密结构,细菌代谢/繁殖活动受到抑制,活菌数目急剧减少,成熟的生物膜可以维持至第6 d,在此期间,活菌数目基本不改变。第6d以后,生物膜局部开始解体,致密结构受到破坏,细菌代谢/繁殖活动重新增强,活菌数目再次缓慢增加。监测生物膜内活菌数目变化情况可用于判断生物膜成熟状态以及药物疗效评价。本文结果提示,细菌生物膜特殊生长方式引起的感染,值得深入研究。

参考文献
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