如果你曾经因为没有刷牙而感到牙齿上有毛茸茸的感觉，那么你就遇到了生物膜——一层黏糊糊的细菌层，它会附着在各种表面上。在医疗环境中，当这些生物膜在导管和植入物等设备上形成保护屏障时，会使感染更难治疗。
加州大学河滨分校（UC Riverside）的科学家们现在发现，植物在受到压力时会产生一种化学物质，这种化学物质可以防止生物膜的形成。这一突破有可能在医疗保健领域取得进展，同时也可以防止工业设备的腐蚀。
“简单来说，生物膜是由微生物如细菌或真菌组成的社区，它们粘在一起并在表面上形成保护层，”加州大学河滨分校分子生物化学杰出教授、该研究的通讯作者Katayoon Dehesh说。“你可能见过它们作为河流岩石上的黏滑层或牙齿上的牙菌斑。虽然它们是许多生态系统中自然的一部分，但生物膜可能会引起大问题。”
这项研究发表在《自然通讯》杂志上，强调了一种特定代谢物的重要性，这种代谢物是在植物、细菌甚至一些寄生虫（如疟疾寄生虫）体内进行生命维持化学反应时产生的分子。
在植物中，这种代谢物MEcPP不仅在产生必需化合物方面起着关键作用，还在应激信号传导中起作用。例如，当植物以某种方式受损，过多的氧气进入其细胞时，它会积累MEcPP。然后这个分子会触发植物内部的保护反应。研究人员发现，这种相同的分子对大肠杆菌等细菌有意外的效果：它通过干扰细菌附着在表面的能力来破坏生物膜的形成。
显微镜图像显示了两种细菌菌株，其中一种（顶部）正常产生纤毛，另一种由于高浓度的MEcPP无法产生纤毛。（图片来源：Jingzhe Guo/UCR）
在医疗环境中，生物膜会在导管、支架或植入物等设备上生长，使感染更难治疗，因为生物膜中的微生物对抗生素具有高度抗性。在工业环境中，它们会堵塞管道、污染食品加工设备并导致腐蚀。
“通过防止生物膜形成的早期阶段，这种分子提供了真正改进任何依赖清洁表面行业的潜力，”Dehesh说。
细菌依靠类似毛发的结构——纤毛来锚定在表面上，这是生物膜启动的关键步骤。纤毛帮助细菌附着在医疗植入物、管道甚至牙齿上，在那里它们分泌出一种保护基质，使其免受抗生素和清洁剂的影响。如果没有纤毛，生物膜的形成就无法开始。
“生物膜就像细菌的堡垒，”该论文的第一作者、加州大学河滨分校项目科学家Jingzhe Guo说，“通过干扰附着的初始阶段，MEcPP实际上削弱了细菌建立这些堡垒的能力。”
通过对超过9,000个细菌突变体进行基因筛选，研究团队确定了一个名为_fimE_的关键基因，它充当了纤毛生产的“关闭开关”。MEcPP增强了该基因的活性，增加了_fimE_的表达。这反过来又阻止了细菌产生纤毛和形成生物膜。
“我们的发现可以激发各行业预防生物膜的策略，”Guo说。“从更清洁的水系统到更好的口腔护理产品，可能性是巨大的。”
生物膜不仅是医学上的问题，在工业环境中也是一个代价高昂的问题。它们会导致管道堵塞、机器腐蚀和食品加工厂的污染。传统的生物膜管理方法通常依赖于有害化学品或昂贵的治疗方法，这些方法可能对环境有害或随着时间的推移变得无效，因为细菌会适应。
“这项研究证明了植物生物学和微生物学之间意想不到的联系，”Guo说。“令人兴奋的是，植物用来传递应激信号的分子有一天可能会帮助人类对抗细菌威胁。”
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