生物膜,是由微生物共同组成的代谢社群,这些微生物安顿在一起,并且通常附着在某个表面上。这些附着的细胞会被黏稠的细胞外基质包裹,这基质由多糖、蛋白质、脂肪及DNA组成。生物膜的存在遍布于自然与人造环境之中,不仅存在于河流、沼泽,还可能藏匿于牙齿上,甚至在工厂的水管里。
生物膜让微生物像城市一样有序运作,提供了独特的生态环境,使得微生物能互相合作,共享资源。
这样的生物膜可以形成在生物体上的活组织(如牙齿、植物根部)或非生物体(如管道、河岸石头)。一旦微生物附着到表面,便会进入一系列的生长和繁衍过程,在这环境中,它们的行为会与在水中自由漂浮的单细胞微生物大相径庭。
生物膜的形成过程可以追溯到地球的早期,当时的环境对微生物来说过于恶劣。对微生物而言,生物膜提供了必要的稳定性和防护。它们能在各种不同环境中繁殖,不论是酸性、高盐度的环境,或是冰冷的极地地区。
生物膜的形成初步依赖于微生物对表面的附着,这个过程受到各种因素的影响,包括表面性质和环境中的营养供应。
无论是在哪个环境中,生物膜对于微生物的保护作用常常显著。这种保护不仅涵盖了对抗外界环境压力的能力,还包括抵抗抗生素的威胁。其中,某些生物膜的细菌对抗生素的抵抗力可增加至5000倍。
从牙齿上的牙菌膜到工厂管道内的微生物层,这些生物膜成为了微生物生活的一部分。对于口腔的健康而言,牙齿上的生物膜(如牙菌膜)若不加以控制,可能引发蛀牙和牙周病。
生物膜可在各种生物与非生物表面形成,尤其在潮湿和污染的环境中。这包括污水处理系统、地下水源甚至是植物的根部。以植物根部的生物膜为例,某些微生物能共生于此,促进植物的生长,提供抗病性。
即使在人类的环境中,生物膜的形成也触目可见,例如在淋浴间或水管内,生物膜的滋生让卫生成为大问题。
污水处理系统中,生物膜的形成是有效去除污染物的关键。当水流经具有大表面积的材料表面时,微生物在此生物膜中繁殖、代谢污染物,最终清洁的水再被排放至环境中。
生物膜的多元性和适应性使其在自然和工业环境中扮演着不可或缺的角色。它不仅影响着微生物的生存方式,也在水质净化、植物生长及人类健康等各方面有着深远影响。未来我们是否能更好地理解和控制这些隐藏在我们周围的biofilms,以避免潜在的危害并利用其优势?