[发明专利]调节生物膜生长的方法和组合物

说明书

发明领域

本发明涉及用于在微生物中调节细胞程序性死亡的方法和组合物，并且还涉及用于促进或抑制微生物由生物膜分散的方法和组合物。

发明背景

生物膜是三维的微生物生长形式，其包括细菌群落以及细菌群落产生的细胞外基质。生物膜普遍存在于环境中并且可以形成在存在水的固体表面上，或者可以形成于混悬液中，例如是絮状物或颗粒形式。生物膜造成严重的工业损害，例如在的流体处理中造成污垢或腐蚀并且会促使管线和容器中的油变酸，所述流体处理例如配水和水处理系统、纸浆造纸系统、热交换系统和冷却塔。从公共卫生的角度来看，生物膜还是水系统中重要的病原体来源，所述水系统例如饮水系统、贮水池以及管道。生物膜还与人类中的许多慢性感染相关，例如中耳炎(在耳表面的生物膜)、细菌性心内膜炎(心脏和心脏瓣膜表面上的生物膜)、囊性纤维化(肺表面上的生物膜)以及肾结石，并且易于在诸如可植入医疗用具等医疗器械上形成生物膜。

然而，虽然生物膜在许多情况下具有显著的有害作用，但是生物膜还可以是有益的。例如，在废水处理系统中，悬浮絮状物生物膜或者在膜表面上与表面缔合的生物膜据说促进诸如脱氮作用中的营养物去除。

因此，明显亟需能够清除有害生物膜的有效策略和能够提高有益生物膜活性的有效策略。

生物膜基本上是多细胞微生物群落，其形成和生长取决于成员生物体的不同的多细胞性状，例如细胞-细胞信号传导。当信号分子达到足够的浓度时，胞外信号系统，例如群体感应，被细菌用于评价细胞密度并引起基因表达和表型的变化。这与导致诱导例如毒力因子和/或防御机制的差异基因表达相关，并且还与细胞分化相关，因而与生物膜结合的细胞和自由生活(浮游的)细胞有高度区别。

当细胞膜中的细胞分化并且细胞膜成熟时，降低的代谢速率、防御机制的细胞表达以及抗微生物剂渗透细胞膜的能力降低导致提高的抗微生物抗性并且使生物膜尤其难以根除。当前的生物膜控制策略通常瞄准生物膜生长的早期阶段并且涉及使用有毒的抗微生物剂。然而，由于其向环境中释放，所以这样的有毒试剂其自身具有下游问题。亟需用于生物膜控制的改进的策略。

最近发现，生物膜中的铜绿色假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)细胞在生物膜生命周期的正常过程中经历细胞程序性死亡和溶解(Webb et al，2003，Cell death in Pseudomonas aeruginosa biofilmdevelopment(铜绿色假单胞菌生物膜生长中的细胞死亡)，J.Bact.185：4585-4592)。据认为铜绿色假单胞菌生物膜中的细胞程序性死亡是原噬菌体介导的，并且在促进存活细胞的亚群从生物膜分化和分散中起作用。

本发明是基于发明人的如下发现，生物膜中细胞程序性死亡的现象与生物膜的生物中的活性氧和活性氮(RONS)的积累相关，并且能够使用一氧化氮产生剂诱导细胞程序性死亡的过程以及细胞由生物膜向浮游细胞的分散。增加体内一氧化氮浓度的能力使得能够通过促进细胞程序性死亡来调节并控制生物膜的生长过程，并且增加细胞对抗微生物剂的敏感性，从而提供用于抑制和/或逆转生物膜生长的途径。

发明概述

本发明涉及用于促进微生物由生物膜分散的方法，所述方法包括将所述生物膜暴露于有效量的一氧化氮或有效量的至少一种产生或释放一氧化氮的试剂。

本发明还涉及用于促进微生物由生物膜分散的方法，所述方法包括诱导一种或多种活性氧和活性氮在微生物中的积累。

本发明还涉及用于抑制生物膜形成和/或生长的方法，所述方法包括使用有效量的一氧化氮或有效量的至少一种产生或释放一氧化氮的试剂处理易于形成生物膜的表面或其它介质。

因此，根据本发明的第一方面，提供用于促进微生物生物膜的分散或防止微生物生物膜形成的方法，所述方法包括：

将所述生物膜暴露于有效量的一氧化氮或有效量的至少一种产生或释放一氧化氮的试剂；

使用有效量的一氧化氮或有效量的至少一种产生或释放一氧化氮的试剂处理易于形成生物膜的表面或介质；

将有效量的一氧化氮或有效量的至少一种产生或释放一氧化氮的试剂结合易于形成生物膜的表面或介质；或者

在所述生物膜的微生物中或者在能够形成生物膜的微生物中诱导一种或多种活性氧或氮的积累。

所述至少一种产生或释放一氧化氮的试剂可以包括一种或多种一氧化氮供体。所述一种或多种一氧化氮供体可以选自硝普钠、S-亚硝基-L-谷胱甘肽、S-亚硝基-N-乙酰青霉胺或其组合。