說到微生物，你會(huì)想到什么，是不是顯微鏡下那一個(gè)個(gè)像是小球或者是小棒狀的小小生物？但在真實(shí)的微生物世界里，這些小家伙并不是 “單打獨(dú)斗” 的，而是形成了一座座我們看不見的“隱形社區(qū)”，那就是由無數(shù)微生物手拉手、肩并肩共同建造的“生物被膜”。

 表皮葡萄球菌形成的生物被膜 

如果把單個(gè)微生物比作孤獨(dú)的冒險(xiǎn)者，那么生物被膜就是它們團(tuán)結(jié)起來建立的繁華社區(qū)。這些社區(qū)不僅堅(jiān)固耐用，為微生物們提供了庇護(hù)所，還讓它們?cè)谝粋€(gè)局部的小范圍內(nèi)，能夠有更多接觸，更近距離地通過各種信號(hào)分子進(jìn)行交流、協(xié)作，甚至對(duì)抗外界的威脅。毫不夸張地說，生物被膜對(duì)微生物的生存有著重要的意義，當(dāng)然，也對(duì)人類社會(huì)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。

今天，就讓我們一起走進(jìn)這座奇妙的“社區(qū)”，探索生物被膜的奧秘吧！

揭開神秘面紗

生物被膜是一種由微生物群體構(gòu)成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，它們通過分泌黏性物質(zhì)，將自己和其他微生物固定在一起，形成一個(gè)堅(jiān)固的社區(qū)。生物被膜可以在幾乎各種表面上形成，從醫(yī)療設(shè)備到牙齒，再到工業(yè)管道以及巨型輪船，你可能沒有留意或者看不到它們，但實(shí)際上它們無處不在。

想象一下，你正漫步在一片神秘的森林中，突然發(fā)現(xiàn)了一個(gè)由樹木、藤蔓和苔蘚構(gòu)成的緊密社區(qū)。這個(gè)社區(qū)不僅為居住其中的生物提供保護(hù)，還讓它們能夠更好地抵御外來侵襲，其中的居民樂在其中。生物被膜就是微觀世界里類似這樣的一種社區(qū)。跟我們?nèi)祟惿鐓^(qū)類似，它的整體環(huán)境和周邊的各種“設(shè)施”是非常重要的，核心不是其中的各種微生物，而是由多糖（如纖維素）、蛋白質(zhì)和核酸構(gòu)成的胞外基質(zhì)。這是生物被膜的結(jié)構(gòu)框架，它不僅為微生物提供了保護(hù)，同時(shí)也促進(jìn)了它們之間的交流。

生物被膜是如何搭建的？

這樣一個(gè)復(fù)雜的微生物群落是如何建造起來的呢？對(duì)于微生物來說，這也不是一件容易事，需要像人類蓋房子一樣先考察場(chǎng)地，然后再辛苦搭建。這個(gè)建造過程可以分為幾個(gè)階段。最初，一些微生物“先鋒”附著在表面上，開始分泌黏性物質(zhì)。隨后，更多的微生物被吸引過來，形成了一個(gè)微觀的“建筑工地”。隨著時(shí)間的推移，這些微生物不斷分泌物質(zhì)，構(gòu)建起一個(gè)復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)，最終形成了一個(gè)成熟的生物被膜。

 生物被膜的形成過程 

01 初來乍到，尋找落腳點(diǎn)

人類選擇家園時(shí)，總是希望能找到人杰地靈的寶地。而微生物們也希望能找到最利于它們生長(zhǎng)和駐扎、最適合自己的那個(gè)“家”，這個(gè)階段也是生物被膜的起始階段。不同微生物的喜好不完全相同，這個(gè)“家”可以是醫(yī)療器械表面、水管內(nèi)壁，甚至是我們的牙齒表面。一般來說，營(yíng)養(yǎng)相對(duì)豐富、表面相對(duì)粗糙的有機(jī)質(zhì)，更容易討得微生物的青睞。比如我們常說到的牙菌斑，就是一種典型的生物被膜結(jié)構(gòu)，也是我們體內(nèi)最常見的生物被膜，里面的微生物有幾十甚至上百種。

02 安營(yíng)扎寨，穩(wěn)固根基

找到落腳點(diǎn)后，微生物們先是開始小心地進(jìn)行試探，分泌一些蛋白嘗試落腳，看看這里是不是符合自己的預(yù)期。如果發(fā)現(xiàn)一切都好，就開始大量生產(chǎn)黏性物質(zhì)，將自己牢牢地黏附在表面上。然后就像搭積木一樣，一層一層地構(gòu)建自己的小窩，這也是生物被膜的成長(zhǎng)階段。

03 筑起高墻，抵御外敵

為了保護(hù)自己不受外界干擾，微生物們還會(huì)進(jìn)一步分泌大量胞外基質(zhì)，其成分非常復(fù)雜，而且不同的微生物所分泌的胞外基質(zhì)的成分也不盡相同，總起來說包括多糖、蛋白、核酸等。這些胞外基質(zhì)將微生物自己層層包裹，如果在顯微鏡下觀察，能看到形成了明顯的三維立體結(jié)構(gòu)，這就預(yù)示著生物被膜成熟了。對(duì)于生物被膜來說，胞外基質(zhì)不僅是結(jié)構(gòu)組成的一部分，可以加固生物被膜，使其更加堅(jiān)固耐用，同時(shí)還具有重要的生理功能。它如同堡壘一般，幫助生物被膜內(nèi)部的菌體抵抗外界的不利環(huán)境，甚至是抵御外來侵略者的侵襲。

04 有進(jìn)有出，動(dòng)態(tài)平衡

隨著時(shí)間的推移，社區(qū)終于大功告成。一個(gè)良好的小區(qū)，會(huì)吸引更多住戶入住，同樣地，越來越多的微生物加入到了這個(gè)大家庭中來，它們通過分裂、繁殖，不斷壯大自己的隊(duì)伍。當(dāng)然，有進(jìn)也有出。一個(gè)社區(qū)的容納能力是有限的，在新的微生物入住的同時(shí)，也有部分微生物從大集體當(dāng)中脫離出去，尋找新的落腳點(diǎn)。因此，成熟的生物被膜會(huì)形成一種動(dòng)態(tài)平衡。自此，這個(gè)社區(qū)就逐漸穩(wěn)定下來了。

但看到這里，你可能會(huì)想問：這些細(xì)菌費(fèi)這么大勁 “抱團(tuán)”，到底有什么意義？對(duì)我們的生活又會(huì)產(chǎn)生哪些具體影響？不妨翻開《科學(xué)世界》2025年第1期視點(diǎn)——《微生物的“隱形社區(qū)”》來找找答案吧。