影响单核细胞增生李斯特菌菌膜(生物膜)形成的因素

目前,虽然对于细菌菌膜形成的具体分子机制还不是很了解,但是通过各种内部或外部环境因素的影响来观察单核细胞增生李斯特菌菌膜的形成差异,可以为进一步了解调控菌膜形成的关键因子提供一定的理论依据。

1、菌株种类

Chae等比较了13株单核细胞增生李斯特菌在玻璃表面静置培养形成菌膜的情况,经24小时的培养后,不同菌株吸附于表面的能力和细胞数差别存在明显差异[1]。Kalmokoff等的研究表明不同单核细胞增生李斯特菌分离株,在食品级不锈钢表面的吸附能力和菌膜形成能力存在明显差异,但吸附程度和菌株的血清型或来源并没有直接关系[2]。Borucki等通过对80株单核细胞增生李斯特菌菌膜形成能力的筛选来确定菌膜形成、血清型和所来源的环境之间是否存在密切的关系,结果显示在不同血清型中并没有检测到菌膜形成存在明显差异[3]。

Folsom研究了有遗传学关系的菌株是否具有相似的菌膜形成能力,并且何种营养物以何种浓度可以影响不同菌株菌膜的形成能力,结果表明11株单核细胞增生李斯特菌在所有的培养基上形成的菌膜量都相同,其中14株在TSB中比在DTSB中产生的菌膜量多,5株菌在DTSB中产生的菌膜量比在TSB中多。在TSB中4b血清型比1/2a血清型菌膜量多,但在DTSB中,1/2a血清型产生的菌膜比4b血清型要多。虽然基因型与菌膜的生成量之间没有直接关系,但1/2a血清型和4b血清型的菌株在调节菌膜显型上存在差异[4]。

2、粘附材料

固体表面的物理特性可以影响细菌的初始粘附能力,对于菌膜的形成非常重要。细菌的粘附与介质的临界表面张力相关,高自由能和潮湿的介质表面可以提高细菌的粘附能力。细菌在亲水性表面(不锈钢、玻璃等)比在疏水性表面(橡胶和其它塑料)的粘附量多。

(1)材料种类

不同材料其表面疏水性、电荷含量等不同,这些因素均会导致菌膜形成量的差异。Blackman研究了单核细胞增生李斯特菌在不锈钢、特弗伦、尼龙和聚酯纤维地板密封剂表面菌膜的形成情况[5]。在21℃、TSB培养基中聚酯纤维地板密封剂的菌膜形成能力最强,尼龙的最弱。用基础培养基会导致在聚酯纤维地板密封剂上没有菌膜的形成,在不锈钢上菌膜量减少。在10℃菌膜生成量减少,但是特弗伦和不锈钢在TSB中培养18天后仍然有23%-24%覆盖量。Smoot报道了单核细胞增生李斯特菌在聚合物和橡胶材料表面粘附程度要大于在不锈钢表面的强度[6]。

虽然不同的实验条件和实验菌株会导致结果的差异,但是从中我们可以肯定单核细胞增生李斯特菌在不同材料的表面,菌膜的形成是有差异的。

(2)粗糙度

材料在反复的使用中表面如有刮痕或裂缝,会为细菌提供一个隐居的场所保护其不受外界压力的影响而继续生存,同时这种避难所更容易蓄积水分和营养物质,为粘附于此的细菌提供了生长繁殖所需的因子。因此,材料表面的粗糙程度直接影响着细菌的粘附和菌膜的形成。在食品加工厂,厂房设备长期的使用和磨损难免会导致表面材料的粗糙度增加,为细菌菌膜的形成瞒下了隐患。因此,食品加工厂应选择耐磨、耐清洁和耐消毒处理的材料来预防细菌菌膜的形成。

3、环境条件

(1)温度、pH值和盐浓度

单核细胞增生李斯特菌不仅在低温下可以生长,并且可以在低温下形成菌膜,不过低温下形成的菌膜比室温下形成的菌膜量要少很多。温度高时会增加细胞表面的疏水性使细胞的初始粘附能力提高从而提高菌膜的形成量。

Zameer等用EGD-e菌株测量了其在4℃、18℃、25℃、30℃和37℃条件下在96孔板中用TSB加1%葡萄糖培养的菌膜形成能力,结果表明在4℃条件下即便培养7天,菌膜的形成也非常少,30℃和37℃下培养两天形成的菌膜量较多[7]。Briandet测试了单核细胞增生李斯特菌(ScottA菌株)在不同温度条件下对不锈钢的粘附能力,结果表明其在15℃粘附最少,在37℃粘附最多[8]。

Tresse等人的研究表明在pH5的条件下5株单核细胞增生李特菌的粘附能力均要低于pH7的粘附能力[9]。在pH5的条件下,细胞的疏水能力和鞭毛蛋白合成能力均比中性条件小,导致了粘附能力的降低,该结果暗示了在酸性条件下保存食品更有利于预防菌膜的形成。

关于盐离子对菌膜形成的影响,Caly等人研究表明在BHI加葡萄糖的培养基中,0%和6%的NaCl添加量对单核细胞增生李斯特菌在96孔板的初始粘附量没有差别,而11%的NaCl含量会明显抑制粘附作用,这可能是由于高盐分抑制了细胞的生长从而抑制鞭毛等的合成而影响了粘附能力[10]。而Pan等人在TSBYE培养基中,研究了0.5%、2.0%、5.0%和7.0%的NaCl含量对单核细胞增生李斯特菌菌膜的影响,结果表明大多菌种菌膜的形成能力在有盐离子时会增加,22.5℃条件下5% NaCl含量,30℃和37℃条件下2% NaCl含量菌膜形成最好[11]。

(2)营养

Kim等研究了营养物质对单核细胞增生李斯特菌在不锈钢表面上菌膜形成的影响。研究发现,在MWB培养基中,葡萄糖浓度在1-20 g/L之间不影响菌膜的形成,磷酸盐的变动会减少菌膜的形成。氨基酸浓度在0.12-6 g/L的范围内菌膜会随其浓度的增加而增多,但是,在培养12d后,氨基酸浓度对菌膜的形成没有了影响。用胰蛋白胨代替MWB中的氨基酸,起初会提高菌膜的形成能力,但是12d后这种影响几乎消失。五种碳水化合物的检测中,甘露糖和海藻糖可以增加菌膜的形成量[12]。

参考文献:

[1] Daims H, Lucker S, Daime WM, et al. A novel image analysis program for microbial ecology and biofilm research. Environ Microbiol. 2006, 8(2): 200-213.

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[3] Dufrene YF. Recent progress in the application of atomic force microscopy imaging and force spectroscopy to microbiology. Curr Opin Microbiol. 2003, 6(3): 317-323.

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[9] Drenkard E. Antimicrobial resistance of Pseudomonas aeruginosa biofilms. Microbes Infect. 2003, 5(13): 1213-1219.

[10] Mack D, Rohde H, Dobinsky S, et al. Identification of three essential regulatory gene loci governing expression of Staphylococcus epidermidis polysaccharide intercellular adhesin and biofilm formation. Infect Immun. 2000, 68(7): 3799-3807.

[11] 陈永辉, 史贤明. 利用转座子Tn917构建单核细胞增生李斯特菌菌膜形成突变株. 微生物学报. 2005, 45(6), 952-954.

[12] Schembri MA, Kjaergaard K, Klemm P. Global gene expression in Escherichia coli biofilms. Mol Microbiol. 2003, 48(1): 253-267.

    日期:2014年03月23日  分类:病原菌
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