温柔地“杀”死你

致远

细菌性感染所导致的慢性和顽固性疾病已经成为当前最令人头痛的难题之一，特别是细菌会在人体组织以及大多数医疗器械和介入装置的表面形成生物被膜，这是一种厚重的膜状结构，它能导致细菌对抗菌药物的耐受性大大增加，若要治疗将不得不提高抗生素的使用剂量，从而产生较大的副作用。

当前，科学家都在试用通过不同的手段来解决这一难题，其中有一个方法另辟奇径，非常有新意，那就是放弃了对细菌赶尽杀绝的高压政策，而是采用了较为人性化的招安政策，这或许将为治疗带来新的希望。

强大的盔甲

多年来经典细菌学主要是研究浮游生长的细菌，也就是单个的一个一个的细菌，但现在普遍认为，相对于浮游状态，细菌更容易形成一种群体性的结构，它们找到合适的附着场所后，就会驻扎下来，然后快速繁殖，最后大量附着于组织或生物材料表面，由细菌自身所分泌的含水聚合性基质包裹着细菌细胞，在显微镜下看起来就是一团一团的小菌落，都彼此互相连接，这种结构性细菌群落称为细菌生物被膜（biofilm）。

早在1674年，便有科学家利用自制的原始显微镜，从牙菌斑中观察到了细菌生物被膜的存在，此后，越来越多的证据显示生物被膜的存在。对于细菌来说，生物被膜状态更有利于细菌自身的生存，这是微生物为适应自然环境而形成的，是细菌在自然界中存在的主要形式之一。大量实验证实，自然界中99.9%以上的细菌生长在各种各样物体表面的生物被膜中。但对于我们来说，生物被膜绝对是一个噩梦，在大部分情形下，生物被膜都是有害的。尤其在临床，细菌生物被膜可形成于人体组织如牙齿、牙龈、皮肤、肺、尿道等器官的表面，以及大多数医疗器械和介入装置，如静脉导管、导尿管、气管插管、子宫内避孕器、隐形眼镜和人工心脏瓣膜、人工关节等各种假体的表面。据美国NIH公告，大约80%的人类细菌性感染是与生物被膜有关，这是造成临床慢性感染的主要原因之一。

对于生物被膜，科学家还真没有什么很好的办法。比起浮游菌，生物被膜细菌有极强的耐药性及免疫逃避性，对抗生素的耐药性可提高10-1000倍。因此，如果想采用传统方法剿杀生物被膜细菌，就要加大剂量使用抗生素，但这显然不是明智之举。一方面，杀菌是一种激烈的对抗手段，会让细菌产生抗性，也就是我们俗称的耐药性；另一方面，高剂量的抗生素对身体也有一定的副作用。有没有什么既不得罪细菌又能清除生物被膜的方案呢？

在一次科学实验中，科研工作者使用了一种叫做壳聚糖的抗菌物质，这是一种线性的大分子，对多种致病菌有杀菌作用。科研工作者想试试这种抗菌剂对生物被膜的作用效果，按预计，既然壳聚糖具有杀菌作用，自然就会对生物被膜的形成有抑制作用——虽然这不是对付生物被膜的首选策略。他们采用了不同的药物浓度，期待着这种药物能够成为抑制生物被膜的有效工具。但结果却有些出乎意料，因为在较低的浓度下，也就是对细菌生长完全没有影响的情况下，竟然也出现了抑制生物被膜的现象。

对细菌的生长和生理状态都没有丝毫影响，却抑制了生物被膜的形成，科研工作者意识到这其中肯定有什么特别之处，于是开始了寻宗溯源。

无法立足

细菌生物被膜多细胞结构的形成是一个动态过程，细菌起始黏附是第一步，由很多理化与生物因素调控影响。既然黏附是起始步骤，那么首先检验壳聚糖对细菌黏附的影响。事实证明，在有壳聚糖存在的环境下，细菌几乎无法黏附于材料表面，大部分细菌都可以被流动的液体冲走，其抑制率达到了90%以上。细菌无法有效地黏附，自然也就无法形成生物被膜了。

验证了菌与材料表面的黏附可以被抑制后，科研工作者还不满足，他们希望再观察壳聚糖是否能对生物被膜形成的后续步骤有所影响。

当细菌完成在材料表面的黏附后，就开始了生物被膜的正式发展成熟时期。开始只有一层细胞层，在多种因子介导下，细菌之间相互黏附，同时，细菌也在生长繁殖，继而分化，形成多层的细胞团块，即微菌落（microcolony），并产生大量的多糖等胞外聚合物。这些微菌落和胞外聚合物使生物被膜加厚，形成了可在显微镜下观察到生物被膜的结构。

利用激光共聚焦显微镜等技术手段可观察到，在这一阶段，成熟的细菌生物被膜形成高度有组织的结构，微菌落類似蘑菇形状镶嵌于生物被膜中。一方面，对于细菌来说，这是为适应自然环境而采取的生存策略，可以使细菌对抗生素抗性提高，并且还有增加对紫外线的抗性、降解大分子物质的能力以及增加二级代谢产物的产率等特性；另一方面，这些特性的改变，使细菌产生了耐药机制等，成为临床难以攻克的一道难题。

所以，如果无法将生物被膜扼杀于摇篮之中，那也要阻止其继续成长成熟。科研工作者在生物被膜的形成阶段时加入壳聚糖，结果也再次证实了学者的期待，壳聚糖不仅能够抑制黏附，还能够进一步破坏细菌与细菌之间的联系，阻遏生物被膜的形成发展，使之无法形成正常的生物被膜。

已经发现的这些现象确实是非常有趣的，不杀菌不抑菌，能抑制细菌与材料表面的黏附还能抑制细菌与细菌之间的相互联系，究竟是什么力量在起作用？

在试验过程中，科研工作者观察到随着壳聚糖的加入，细菌会出现絮凝现象，也就是细菌彼此聚集，形成较大的菌块，沉降到试管的底部，就如同做鸡蛋汤时，生鸡蛋打在热水里凝结成固体一样。科研工作者发现，细菌絮凝程度与生物被膜的减少量是紧密相关的：絮凝越强烈，生物被膜抑制程度越高。于是，科研工作者得出了结论，壳聚糖是通过促使细菌絮凝来抑制生物被膜的形成。

壳聚糖能够引发细菌絮凝的机制在于，壳聚糖是一种阳离子的线性高分子聚合物。它带有正电荷，而细菌表面带有负电荷，二者相遇就会产生正负电荷的中和作用，使细菌表面的电荷发生紊乱，原本细菌是在溶液中保持一种微妙的电平衡状态，但电荷被中和后，就会打破这种平衡，使细菌彼此聚集，结成大块，最终絮凝沉降。同时，壳聚糖是一个线性高分子，它在溶液中如同一个长绳子一样，可以将不同的细菌细胞连接起来，称之为“架桥作用”，壳聚糖就像是细菌与细菌之间的桥梁，使细菌被束缚于壳聚糖之上，不能随意游动，进一步加剧了絮凝的效果。

这一科学研究虽然是无心插柳得出的结论，但却为科研工作者指明了一个新的研究方向——用一种较为温和的方式来抑制细菌生物被膜的形成。

一直以来，我们总是想方设法将细菌置之于死地，但细菌显然不是我们想的这么简单。它们经历了上亿年的进化，与人类斗争如此之久依然能够顽强地生存，自然是有它们的道理的。特别是面对生物被膜，我们倘若采用传统的抗生素治疗方法，需要高剂量的使用，将会产生严重副作用，而且，对生物被膜来说，就算其中的细菌都被杀死，但残留的那些生物被膜“废墟”依然会让后来的细菌作为一个安营扎寨的首选，轻而易举地黏附于其中，快速形成新的生物被膜。所以，这个实验在一开始就让细菌不去黏附，从第一步就破坏生物被膜的正常形成，而且还不让细菌有什么逆反情绪。当细菌在溶液中呈浮游状态时，就很容易随着流动的环境被冲刷走。特别是形成了絮凝的大的菌块后，更容易被去除。

从这个实验出发，也许以后我们再也不用动用大规模杀伤性武器去对抗可恶的细菌，而只需要和和气气地不让它们在此地非法逗留驻扎就行了。▲