金黄色葡萄球菌生物被膜研究知识图谱分析

杨 峰，王旭荣，王 玲，李新圃，罗金印，张世栋，李宏胜

（中国农业科学院兰州畜牧与兽药研究所，农业部兽用药物创制重点实验室，甘肃省新兽药工程重点实验室，甘肃兰州730050）

金黄色葡萄球菌是人和动物的重要的致病菌［1］，其引发的感染主要依靠抗生素治疗，然而由于抗生素的滥用及乱用，使得金黄色葡萄球菌耐药菌株逐年增加［2－3］。金黄色葡萄球菌的耐药机制一般包括药物捕获、药物靶标的修饰、酶的失活和外排泵［4］，研究发现，除上述4 种耐药机制抵御抗生素外，生物被膜在金黄色葡萄球菌的耐药性中扮演着重要角色［5］。生物被膜是细菌侵入宿主后外围形成的一层聚合N－乙酰氨基葡萄糖［6］。金黄色葡萄球菌感染宿主后，浮游菌株经附着、聚集、聚丛和生产胞外多糖，逐渐形成生物被膜结构［7］，生物被膜极大地增加了细菌对宿主免疫应答和抗生素的抵抗力，包裹于生物被膜内的金黄色葡萄球菌菌株较浮游菌株其耐药性可增大1 000倍［8］。近年来，金黄色葡萄球菌生物被膜成为学者研究的热点主题，相关的文献量持续增多，呈现出的信息量越来越大，有必要对该领域的科技文献进行全面的文献计量分析，以便科技工作者全面了解金黄色葡萄球菌生物被膜的研究情况，筛选有价值的信息。

知识图谱是科学计量学和知识计量学中新型的研究方法，通过数据收集、信息处理、知识计量、图形绘制，以可视化的图谱形象地展示科学知识的发展与结构，揭示科学知识及其活动的规律，展示知识结构的演进与规律。Citespace知识可视化软件是最主要的知识图谱绘制工具之一，由美国德雷克塞尔大学（Drexel U）信息科学技术学院的陈超美［9－10］博士开发，目前已被应用于多个自然科学领域。本文旨在利用CitespaceⅢ软件对国际上有关金黄色葡萄球菌生物被膜的科技文献进行可视化分析，绘制科学知识图谱，以期展示不同时期该研究领域的知识发展与演变情况。

1 数据来源与研究工具

1.1 数据采集

本研究选用Web of ScienceTM核心合集作为国际上发表论文的统计数据来源。在Web of ScienceTM核心合集中以“Staphylococcus aureus”和“biofilm”为主题词，时间段采用数据库默认的1995年－2015年，数据库的最后更新时间为2015－03－09。共检索到3 582条文献记录，数据库检索结果引文报告显示被引频次总计72 603次。通过“添加标记结果列表”添加所有检索到的文献至“标记结果列表”，在“标记结果列表”中勾选文献的全部信息，保存为txt格式文本供CitespaceⅢ处理。

1.2 研究方法

利用文献信息可视化软件CitespaceⅢ软件绘制知识图谱，展示金黄色葡萄球菌生物被膜研究领域的发文量、国家、机构和作者的分布，分析该领域的高被引期刊、高被引文献和高频词汇，软件具体使用方法及结果分析参照Citespace手册［11］。

2 结果

2.1 金黄色葡萄球菌生物被膜研究国际发文量分析

金黄色葡萄球菌生物被膜研究领域每年出版的文献数呈逐年上升的趋势（图1）。1995 年－1996年，国际上有关金黄色葡萄球菌生物被膜研究的文献还比较少，每年的发文量不足10篇；从1997年－2003年，相关文献量快速增大，但与前一年相比，每年新增的发文量不超过15篇；自2004年起，相关文献量迅速激增，仅2004 年－2015 年的发文量为3 268篇，占总发文量的91%。其中2015年发文量数据统计的最后更新时间为2015年3月9日，并非该年度实际发文量的完全统计值。

图1 金黄色葡萄球菌生物被膜研究的国际发文量Fig.1 Number of annual publication in Staphylococcus aureus biofilm research

2.2 研究金黄色葡萄球菌生物被膜的主要国家

CitespaceⅢ生成的主要国家合作图谱中（图2），每个圆圈代表1个国家，圆圈之间的连线表示国家之间存在合作关系，连线的粗细代表合作关系的强弱。共显示出了74个国家和69条国家之间的连线，说明国际上研究金黄色葡萄球菌生物被膜的国家很多，且建立了较强的合作关系。表1列出了国际上研究金黄色葡萄球菌生物被膜的施引文献中出现频次最高的前10 个国家，分别为美国、德国、中国、意大利、英国、西班牙、巴西、法国、日本和加拿大，主要位于北美洲、欧洲和亚洲。根据Web of ScienceTM核心合集的分析检索结果，在该研究领域内，这10个国家的文献记录数之和占全部文献的78%，其中仅美国文献记录数占全部文献的35%，我国文献记录数占全部文献的6%。

2.3 研究金黄色葡萄球菌生物被膜的主要机构

利用CitespaceⅢ绘制了主要机构合作图谱（图3），每个圆圈代表1个机构，圆圈大小代表出现频次多少，圆圈之间的连线表示机构之间存在合作关系，连线的粗细代表合作关系的强弱。共显示出了442个机构和128条机构之间的连线，说明国际上研究金黄色葡萄球菌生物被膜的机构众多，且存在较强的合作关系。表2列出了国际上研究金黄色葡萄球菌生物被膜的施引文献中出现频次最高的前10个机构，全部为大学，主要位于欧洲和北美洲，其中6所大学位于美国，可见大学是研究金黄色葡萄球菌生物被膜的主要力量。列居第一位的是哈佛大学，其出现频次（1 146）是其他9 个机构的5 倍～10倍。说明哈佛大学在金黄色葡萄球菌生物被膜研究领域是主力军。

2.4 研究金黄色葡萄球菌生物被膜的主要作者

图4中每个圆圈代表1个作者，圆圈大小代表出现频次多少，圆圈之间的连线表示作者之间存在合作关系，连线的粗细代表合作关系的强弱。共显示出了727个作者和1 094 条作者之间的连线，表明国际上研究金黄色葡萄球菌生物被膜的学者众多，且存在很强的合作关系。表3按照施引文献中的出现频次列出了前10 位作者，出现频次从20～32。

图2 研究金黄色葡萄球菌生物被膜的主要国家知识图谱的一部分Fig.2 Part of the knowledge map of major countries in Staphylococcus aureus biofilm research

表1 金黄色葡萄球菌生物被膜研究领域按频次排序的前10个国家Table 1 Top 10countries engaging in Staphylococcus aureus biofilm research ranked by frequency

表2 金黄色葡萄球菌生物被膜研究领域按频次排序的前10个机构Table 2 Top 10institutions engaging in Staphylococcus aureus biofilm research ranked by frequency

图3 研究金黄色葡萄球菌生物被膜的主要机构知识图谱的一部分Fig.3 Part of the knowledge map of major institutions in Staphylococcus aureus biofilm research

2.5 金黄色葡萄球菌生物被膜研究领域高被引期刊分析

利用CitespaceⅢ绘制了被引期刊共引图谱（图5），每个圆圈代表1篇被引期刊，圆圈大小代表被引频次多少，圆圈之间的连线代表首次共被引的时间，连线粗细表示共被引频次多少。共显示出了126种被引期刊和986条被引期刊之间的连线，表明国际上金黄色葡萄球菌生物被膜研究领域的期刊种类多，共被引频次较高。表4列出了国际上研究金黄色葡萄球菌生物被膜的被引文献中出现频次最高的前10种期刊，位列前3的《Journal of bacteriology》、《Antimicrobial agents and chemotherapy》和《Infection and immunity》被引频次均在1900以上，在奠定金黄色葡萄球菌生物被膜研究领域的学科基础中发挥了重要的作用。10种期刊中，8种创办于美国，2种创办于英国，可见美国在该研究领域扮演者重要角色。

图4 研究金黄色葡萄球菌生物被膜的主要作者知识图谱的一部分Fig.4 Part of the knowledge map of major authors in Staphylococcus aureus biofilm research

表3 金黄色葡萄球菌生物被膜研究领域按频次排序的前10名作者Table 3 Top 10of authors engaging in Staphylococcus aureus biofilm research ranked by frequency

图5 金黄色葡萄球菌生物被膜研究领域主要被引期刊知识图谱的一部分Fig.5 Part of the knowledge map of major cited journals in Staphylococcus aureus biofilm research

2.6 金黄色葡萄球菌生物被膜研究领域高被引文献分析

图6 中每个圆圈代表1篇被引文献，圆圈大小代表被引频次多少，圆圈之间的连线代表首次共被引的时间，连线粗细表示共被引频次多少。共得出246条共被引文献和文献之间的1 361条连线。表5按照被引频次列出了10 篇文献，被引频次在188～670，它们在金黄色葡萄球菌生物被膜研究领域具有较高的影响力。被引频次最高的是Costerton J W等［12］于1999 年 发 表 于《Science》期 刊 上《Bacterial biofilms：a common cause of persistent infections》，该综述文献系统详尽地论述了细菌生物被膜感染、细菌生物被膜耐药性、分子遗传解析细菌生物被膜、囊性纤维化肺感染中绿脓杆菌生物被膜，最后迫切提出开发基于生物被膜表型和信号转导治疗药物，以期预防生物被膜的形成和促进生物被膜的瓦解。

表4 金黄色葡萄球菌生物被膜研究领域按频次排序的前10个被引期刊Table 4 Top 10cited journals engaging in Staphylococcus aureus biofilm research ranked by frequency

图6 金黄色葡萄球菌生物被膜研究的被引文献的知识图谱Fig.6 Knowledge map of major cited references in Staphylococcus aureus biofilm research

表5 金黄色葡萄球菌生物被膜研究领域按频次排序的前10个被引文献Table 5 Top 10cited references engaging in Staphylococcus aureus biofilm research ranked by frequency

2.7 金黄色葡萄球菌生物被膜研究领域的研究热点和前沿

图7为施引文献的关键词共现图谱，结果显示有290个关键词和631条连线。通过突发词检测发现1995年－2015年间的50 个突发词，即快速增长的研究主题，它们展示了金黄色葡萄球菌生物被膜研究领域的研究热点及热点的演变。50个突发词大致可归类于金黄色葡萄球菌生物被膜的形成机制和抑制药物的研发两类，其中突发强度最高的是adherence（附着），它是生物被膜形成的首要步骤，其突发强度为15.191，突发时间从1997年持续至2005年，表明该关键词是1995年－2015年间金黄色葡萄球菌生物被膜研究领域研究最热的主题。图8为关键词adherence的引用历史，该词被引用频次在1995年－2015年间整体呈快速增加的趋势，其中2014年到2015年其被引用频次从15 下滑至1，这是由于2015年发文量数据统计并不完整所致。

表6中突发年段显示了1995年－2015年间不同年段金黄色葡萄球菌生物被膜研究领域研究热点的演变进程，2013年－2015年间最受关注的突发词是银纳米粒子（silver nanoparticles）、金黄色葡萄球菌生物被膜（Staphylococcus aureus biofilms）和生物被膜耐药性（biofilm resistance），2014 年－2015年间最受关注的突发词是纳米粒子（nanoparticles）、类黄 酮（flavonoids）、抗 菌 剂（antimicrobial）、结 合（combination），体现出金黄色葡萄球菌生物被膜研究领域的研究前沿不再是单纯在蛋白或基因水平研究生物被膜的形成机制和耐药机理，而是侧重于利用天然的或者人工合成的物质（纳米粒子、黄酮类化合物和抗菌剂）抑制金黄色葡萄球菌生物被膜的形成，降低耐药性，从而达到有效预防和治疗由可形成生物被膜的金黄色葡萄球菌引发的炎症反应。

图7 金黄色葡萄球菌生物被膜研究的主要关键词知识图谱的一部分Fig.7 Part of the knowledge map of major keywords in Staphylococcus aureus biofilm research

表6 1995年－2015年间金黄色葡萄球菌生物被膜研究领域的高频热点词汇Table 6 High－frequency keywords in Staphylococcus aureus biofilm research from 1995to 2015

续表6

图8 关键词adherence的引用历史Fig.8 Citation history of keyword adherence

3 讨论

本文根据Web of ScienceTM核心合集数据库收录的国际上有关金黄色葡萄球菌生物被膜研究的文献，借助CitespaceⅢ绘制了该研究领域的科技文献可视化知识图谱，分析了主要研究国家、机构和作者的合作图谱、高被引期刊和文献的共引图谱以及关键词的共现图谱，得出如下结论：世界上金黄色葡萄球菌生物被膜的研究热点时期从1995年一直延续至今，该领域的发文量自1995年至2014年急速上升，截止至2015年3月9日，Web of ScienceTM核心合集数据库已经收录了89篇文献；世界上研究金黄色葡萄球菌生物被膜的主要国家和机构以及刊登该研究领域的主要期刊分布在北美洲和欧洲，大学在研究机构中占据主力位置；金黄色葡萄球菌生物被膜的研究热点大致归类于生物被膜的形成机制和抑制药物的研发两个方面。该领域未来一段时间的研究方向将侧重于阻碍生物被膜形成和促进已形成生物被膜瓦解的相关药物研发，以降低金黄色葡萄球菌的毒力，提高该菌引发的各类感染疾病的治愈率。

［1］ 潘志忠，魏 东，藏 丽，等.金黄色葡萄球菌荚膜多糖研究进展［J］.微生物学杂志，2006，26（6）：93－96.

［2］ McDougall S，Hussein H，Petrovski K.Antimicrobial resistance in Staphylococcus aureus，Streptococcus uberis and Streptococcus dysgalactiae from dairy cows with mastitis［J］.N Z Vet J，2014，62：68－76.

［3］ El－Jakee J K，Atta N S，Samy A A，et al.Antimicrobial resistance in clinical isolates of Staphylococcus aureus from bovine and human sources in Egypt［J］.Global Vet，2011（7）：581－586.

［4］ Pantosti A，Sanchini A，Monaco M.Mechanisms of antibiotic resistance in Staphylococcus aureus［J］.Future Med，2007，2（3）：323－324.

［5］ Masadeh M M，Mhaidat N M，Alzoubi K H，et al.In vitro determination of the antibiotic susceptibility of biofilm－forming Pseudomonas aeruginosa and Staphylococcus aureus：possible role of proteolytic activity and membrane lipopolysaccharide［J］.Infect Drug Resist，2013（6）：27－32.

［6］ Hall－Stoodley L，Costerton J W，Stoodley P.Bacterial biofilms：from the natural environment to infectious diseases［J］.Nat Rev Microbiol，2004（2）：95－108.

［7］ Melchior M，Vaarkamp H，Fink－Gremmels J.Biofilms：a role in recurrent mastitis infections？［J］.Vet J，2006（171）：398－407.

［8］ Shi J，Mao N F，Wang L，et al.Efficacy of combined vancomycin and fosfomycin against methicillin－resistant Staphylococcus aureus in biofilms in vivo［J］.PLoS One，2014，9（12）：e113133.

［9］ 王雅晶，李胜利，王雅春.世界奶牛饲料与饲养研究的知识图谱分析［J］.动物营养学报，2013，25（10）：2183－2191.

［10］ 王雅晶，朱化彬，王雅春，等.世界奶牛繁殖研究的知识图谱分析［J］.畜牧兽医学报，2014，45（3）：494－501.

［11］ Chaomei C.The CiteSpace Manual.2014.Version 1.01.http：／／cluster.ischool.drexel.edu／－cchen／citespace／Cite Space Manunal.pdf.

［12］ Costerton J W，Stewart P S，Greenberg E P.Bacterial biofilms：a common cause of persistent infections［J］.Science，1999，284（5418）：1318－1322.