[发明专利]生物膜中细菌细胞内的生理学分散响应诱导

说明书

本申请要求2007年5月14日提交的美国临时专利申请序号 60/917,791和2008年1月2日提交的61/018,639的权益，这两个专利申请 均通过引用而整体结合到本文中。

本发明在由NIH和NSF给予的授予编号为NSF MCB-0321672和NIH R15AI055521-01的政府资助下完成。因此本发明 中政府拥有某些权利。

发明领域

本发明涉及在生物膜中诱导细菌细胞内的生理学分散响 应的方法。

发明背景

由于生物膜结构的致密性质、生物膜细菌的假定的复位的 生理状态和由生物膜基质聚合物给予的保护，天然和人造化学试剂不 能充分地攻击和破坏有传染性的生物膜群体(Costerton等，″在自然界 和疾病中的细菌生物膜″，Annu.Rev.Microbiol.41：435-464(1987)； Hoiby等，″对细菌生物膜的免疫反应″，In Microbial Biofilms， Lappin-Scott等编辑，Cambridge：Cambridge University Press(1995))。 增强的抗生素抗性是与生物膜细菌有关的一般特征。当粘附时，细菌 显示极强的抗性，使生物膜细胞对各种抗微生物药物的敏感度比悬浮 (自由漂浮)培养生长的同样细菌低10-1000倍。例如，被认为是最有效 的抗菌剂之一的氧化性生物杀灭剂-氯(作为次氯酸钠)，已经显示当 与同种悬浮细胞比较时，杀灭金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus) 的生物膜细胞的浓度需要增加600倍(Luppens等，″评估金黄色葡萄球 菌(Staphylococcus aureus)生物膜细胞对消毒剂的抗性的标准试验的开 发″，Appl Environ Microbiol.68：4194-200(2002))。已经提出了解释生 物膜细菌对抗生素的非常抗性的几种假设，包括：(i)减慢生物膜细菌 (尤其是深入生物膜内的那些细菌)显示的代谢和分裂速率；(ii)生物膜 EPS基质可用作吸附剂或反应物，减少可利用与生物膜细胞相互作用 的试剂的量。此外，生物膜结构可通过阻挡进入生物膜区域而在物理 上减少抗微生物药物的渗透；(iii)生物膜细胞在生理上与悬浮细菌不 同，表达特异性的保护因子例如多药物外排泵和应力响应调节子 (Brown等，″细菌生物膜对抗生素的抗性：生长速率相关的效应？″J. Antimicrob.Chemotherapy 22：777-783(1988)；Anwar等，″老化生物膜 的建立：细菌抵抗抗菌治疗的可能机制″，Antimicrob.Agents Chemother.36：1347-1351(1992)；Mah等，″生物膜对抗微生物药物抗性 的机制″，Trends Microbiol.9：34-39(2001)；Sauer等，″铜绿假单胞菌 (Pseudomonas aeruginosa)在发育期间显示多个表型作为生物膜″，J. Bacteriol.184：1140-1154(2002)；Stewart，P.S.，″细菌生物膜的抗生素 抗药机制″，Int.J.Med.Microbiol.292：107-113(2002)；Donlan等，″生 物膜：临床相关微生物的存活机制″，Clinical Microbiol.Reviews 15： 167-193(2002)；Gilbert等，″微生物生物膜群落的生理和集体对抗″， Adv.Microb.Physiol.46：202-256(2002)；Gilbert等，″体外和体内的生 物膜：单一机制暗示交叉抗药吗？″J.Appl.Microbiol.Suppl. 98S-110S(2002))。如详细的分子研究所显示的，显然这些因子中的每 一个在生物膜对抗微生物药物的不寻常的抗药中起作用。初始治疗通 常对仅在生物膜微集落的边缘杀灭细菌有效。深陷于这些微集落中的 细菌不受抗生素影响并形成连续传播感染的胞窝。

由于它们对抗有效的治疗，因此在感染中和在工业系统中 微生物生物膜存在显著的问题。