[发明专利]一种细菌生物膜研究模型

说明书

技术领域

本发明涉及一种细菌生物膜研究模型，具体地说是一种具有细菌生物膜功能，并可研究细菌生物膜生长特性的模型。

背景技术

在自然界、某些工业生产环境以及人和动物的体内外，绝大多数细菌是附着在有生命或无生命物体的表面，以生物膜（biofilm）的方式生长[Costerton J.W.,LewandowskiZ.,Caldwell D.E.,KorberD.R.,Lappin-Scott H.M.,Microbial biofilms,Annual Review ofMicrobiology,1995,49:711-745.]。细菌生物膜是指附着于生命或无生命物体表面被细菌胞外大分子包裹的有组织的细菌群体[O'TooleG.A.,Kaplan H.B.,Kolter R.,Biofilm formation asmicrobialdevelopment,Annual Review of Microbiology,2000,54:49-79]。生物膜中水分含量可高达97％，除了水和细菌外，生物膜还含有细菌分泌的大分子多聚物、吸附的营养物质和代谢产物及细菌裂解产物等。生物膜的形成会使各种管道发生严重腐蚀，水质变差；致病菌在硬组织和医疗器械表面形成的生物膜往往导致感染，而感染增强了细菌的耐药性和对宿主免疫应答的抵御[Jesaitis AJ,Franklin MJ,Berglund D,et al,Compromised host defense on Pseudomonasaeruginosa biofilms:characterization of neut rophil andbiofilm interactions,J.Immunol,2003,171(8):4329-4339]；形成生物膜的细菌对高温、高渗、强酸等胁迫环境的抗性也明显提高[Latha Sabikhi,R.Babu,D.K.Thompkinson,Suman Kapila,Resistance of Mi croencapsulated Lactobacillus acidophilus LA1to Processing Treatments and Simulated Gut Conditions,FoodBioprocess Technol,2010,3:586-593]。研究发现，与浮游状态同一细菌相比，生物膜细菌的基因表达、信号传导和代谢特点均会有明显不同[An D,Parsek MR,The promise and peril oftranscriptional  profiling  in biofilm communities,Curr OpinMicrobiol,2007,10(3):292-6]。所以，如何在体外环境模拟生物膜状态及制备生物膜成为了生物膜研究的一个重要方向。

目前体外构建生物膜的方法多数是采用将菌悬液涂于载玻片上，或细胞培养板中静置培养得到生物膜。此种方法得到的生物膜不易控制，制备量少，不能满足大量使用的需求。此外，细菌在生物膜内的生长呈现三维生长模式，而目前方法不能完全模拟细菌在生物膜内的这种生长方式。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种生物膜模型。其优点是可按需要作不同菌株组合，模型内细胞经过生长繁殖，形成生物膜，细胞密度高，细胞状态与天然生物膜中细胞状态相似。微囊膜主要成分为多糖类物质，与生物膜成分相近。

技术方案：

本发明的技术方案是提供一种用于体外研究细菌生物膜的三维模型，其特征在于，具体步骤为：

A：按10⁶-10⁸CFU/mL海藻酸钠的初始接种量将微生物细胞混悬在海藻酸钠溶液（0.1-50g/L）中，制备海藻酸盐微球，称之为A微球。其中，海藻酸盐微球的制备方法包括静电液滴法、锐孔挤出法、乳化-外部凝胶化法、乳化-内部凝胶化法或膜乳化法；

B：将上述水凝胶微球浸入聚阳离子溶液中，微球与聚阳离子溶液体积比为1:1~1:40，反应1-60分钟，此时得到海藻酸钠-聚阳离子微胶囊。取出用生理盐水洗涤2-3次，称之为B微球；

C：将第二步中的B微球浸入金属螯合剂溶液中，液化微胶囊内部的海藻酸盐凝胶。参与液化反应的有机金属螯合剂溶液为40-70mmol/L的柠檬酸钠或50-200mmol/L的EDTA。微胶囊与有机金属螯合剂溶液体积比范围为1:1-1:40，反应1-60分钟，取出用生理盐水洗涤，此时得到内部液态核心的微胶囊，称之为C微球；