由细菌与真核病毒共同形成的混合生物膜的微生物与流变学动力学

医院器械上的隐秘社区

许多医院感染的起点并非单一病原体，而是附着在导管和其他医疗器械上的黏滑、肉眼看不见的群落，称为生物膜。本研究提出了一个长期被忽视但对患者安全影响重大的问题：当不仅有细菌，而且有人类易感病毒同时进入这些生物膜时，会发生什么？通过观察一种常见哺乳动物病毒在细菌生物膜内的行为，研究者们揭示了这些黏性微生物“城市”如何悄然保护病毒并改变其行为。

微生物的黏性城市

生物膜像在潮湿表面上由微生物搭建的微观城市——管道、岩石、牙齿或置入患者体内的塑料管。细菌定殖、繁殖并分泌类似胶水的基质，保护它们免受干燥、化学物质和免疫系统的侵袭。在医院里，这类生物膜常形成于尿管和静脉插管上，会播散导致难治的血流感染和泌尿系统感染。此类生物膜通常包含多种物种甚至不同生命领域，但大多数研究集中在细菌本身，而病毒的作用仍然很少被探讨。

把哺乳动物病毒引入混合体系

研究团队使用了已知会定殖导管的临床细菌菌株，包括导致尿路感染的尿路致病性大肠杆菌以及常见于中心静脉导管感染的其他细菌。随后他们引入了哺乳动物呼肠孤病毒，这是一种研究充分、无包膜的病毒，用作更广泛代表人类易感病毒的替代物。首先他们检查了含病毒材料的加入是否影响细菌的正常游离生长。在众多菌株中，细菌在有无病毒的情况下生长与存活基本相同，表明该病毒并不直接杀死细菌，也不具有类似抗生素的作用。

生物膜改变“手感”，而非规模

当细菌定植形成生物膜后，情况变得更为细微。对于大多数菌株，用一种标准染色法测量覆盖表面的生物膜总量时，在有无病毒存在下几乎没有变化。然而少数菌株在有病毒制剂存在时会产生略多或略少的生物膜，提示存在菌株特异性的影响。为了超越简单的数量评估，研究者借用了材料科学的工具，测量每种生物膜的“软硬”程度，类似探测凝胶的质地。他们发现每个细菌菌株都会形成其独特的力学特征。重要的是，加入病毒会根据菌株使生物膜或变硬或变软：在一个大肠杆菌菌株中，病毒使基质更为刚性，而在金黄色葡萄球菌表皮株（Staphylococcus epidermidis）中，病毒导致结构更弱、更顺应。

病毒找到庇护所并保持感染力

利用荧光显微镜，科学家们对病毒颗粒进行标记使其发光，并跟踪它们在生物膜内的去向。与大部分停留在稀疏区域并被冲走的惰性等尺寸塑料微珠不同，病毒能深入基质并倾向于聚集在细菌细胞最为密集的区域。在某些情况下，病毒的存在甚至改变了生物膜的整体形态，使致密团块转为更像网状的结构或反之，这同样取决于细菌菌株。为了测试这些被困病毒是否仍具危险性，作者从生物膜中回收病毒并让哺乳动物细胞暴露于这些病毒。即便嵌入在细菌黏液中两天后，回收的病毒仍然保持感染性。

这对患者及更广泛领域的重要性

对非专业读者而言，关键结论是：医疗器械上的生物膜不仅可能保护细菌免受治疗，还能隐藏并保存能够感染人或动物细胞的病毒。研究显示，病毒可以滞留在细菌基质中，微妙地改变生物膜的结构，同时在释放后仍然完全能够感染新的细胞。这表明被生物膜覆盖的导管和其他表面可能成为病毒持续存在的隐蔽库，免受干燥、消毒剂和免疫攻击的影响。了解这些混合微生物群落对于设计更好的材料、清洁策略和同时针对细菌与病毒的治疗方法，以减少顽固的器械相关感染，可能至关重要。

引用: Gao, J., Abriat, C., Laekas-Hameder, M. et al. Microbiological and rheological dynamics of mixed biofilms formed by bacteria and eukaryotic virus. Sci Rep 16, 8315 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39314-9

关键词: 生物膜, 导管感染, 病毒—细菌相互作用, 呼肠孤病毒, 微生物群落