细菌形成生物被膜是一个动态的过程,主要可分为四个阶段:细菌可逆性粘附的定殖阶段、不可逆性粘附的集聚阶段、生物被膜的成熟阶段和细菌的脱落与再定植阶段。
1、细菌可逆性粘附的定殖阶段
当浮游细菌与惰性物体表面或活性实体的表面接触后,浮游细菌会粘附到物体表面,启动在物体表面形成生物被膜。在这个阶段,单个附着细胞仅由少量胞外聚合物包裹,还未进入生物被膜的形成过程,很多菌体还可重新进入浮游状态,因此这时细菌的粘附是可逆的。
2、细菌不可逆性粘附的集聚阶段
细菌在经过初始的定殖粘附后,一些特定基因的表达开始调整,与形成生物被膜相关的基因被激活,细菌在生长繁殖的同时分泌大量胞外聚合物粘结细菌。在这个阶段,细菌对物体表面的粘附更为牢固,是不可逆的。
3、生物被膜的成熟阶段
细菌与物体表面经过不可逆的粘附阶段后,生物被膜的形成逐渐进入成熟期。成熟的生物被膜形成高度有组织的结构,由类似蘑菇状或堆状的微菌落组成,在这些微菌落之间围绕着大量通道,可以运送养料、酶、代谢产物和排出废物等。
4、细菌的脱落与再定殖阶段
成熟的生物被膜通过蔓延、部分脱落或释放出浮游细等进行扩展,脱落或释放出来的细菌重新变为浮游菌,它们又可以在物体表面形成新的生物被膜。
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