牙菌斑、肠道细菌和河流岩石上的光滑涂层都是生物膜的例子，它们是栖息在人体和周围环境中的微生物群落。

　　最近，由宾夕法尼亚州立大学的研究人员带头进行的一项研究揭示了生物膜发育的精确机制，通过这些机制，生物膜可以塑造它们周围的环境，并改进它们的内部结构，以与环境协调一致。

　　这些发现可能在不同的应用中具有重要意义，从对抗疾病到设计创新形式的动态生物材料。

　　最近发表在《自然物理》杂志上的研究报告背后的研究人员张与来自麻省理工学院和耶鲁大学的一个跨学科团队合作。他们对相互作用的研究包括理论、实验和计算维度。

　　该研究利用霍乱弧菌(一种导致霍乱的细菌)产生的生物膜作为模型系统来说明3D生长系统的自主塑造和组织能力。

　　在他们的探索中，研究人员在软水凝胶和刚性玻璃基板之间培养生物膜，模拟生物膜自然生长的密闭空间。利用单细胞成像、基于试剂的模拟和连续介质力学理论，他们仔细研究了生物膜的进化过程。

　　研究表明，在这种条件下，生物膜不仅可以塑造自身，还可以将其边界塑造成一种称为“主动向列”的有效结构，其特征是自推进分子在平行线上排列，而不是分层排列。

　　Zhang阐述了掌握生物膜生长、生长应激及其周围环境的反馈回路，有可能促进有利生物膜的调控生长。它可以根除有害物质，甚至促进创造出能够适应并积极改变其环境的新型活性材料。

　　Yan强调了这些信息在医疗保健领域的重要相关性。在人类和动物健康领域，生物膜通过逃避免疫反应在促进疾病发展方面发挥着至关重要的作用。

　　细菌生物膜的良好协调结构赋予了对传统抗生素的高水平耐药性，使其极具挑战性。根据美国微生物学会(American Society for Microbiology)的说法，大多数持续的抗生素耐药性感染可归因于生物膜。

　　他进一步解释说，加强对由生物膜驱动的疾病如何在这种环境中蓬勃发展的理解，将使研究人员能够设计出破坏这种生长的新策略。

　　“我们所学到的将有助于制定应对这些感染的策略。“这里发现的现象可能会导致抑制有害生物膜生长的新策略，并使我们有能力设计和编程有益的生物膜，”宾夕法尼亚州立大学计算力学博士候选人、该论文的合著者李昌浩说。

　　生长中的生物膜积极地改变宿主环境

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　　通过一种叫做z扫描的技术，在2%琼脂糖凝胶下生长20小时的生物膜的显微记录。视频中扫描的总高度为10.4μm。比例尺是10μm。视频来源:闫静。