Aeromonas veronii sobria生物型的鞭毛通过生物膜衍生的外膜囊泡（bOMVs）促进生物膜的形成

《Microbiology Spectrum》：Flagella of Aeromonas veronii biotype sobria promote biofilm formation by biofilm-derived outer membrane vesicles (bOMVs)

Aeromonas veronii sobria菌株的bOMVs对生物膜形成的影响及flagella-like结构的作用机制研究。使用三株临床分离株（102、104、106），发现106菌株表面存在flagella-like结构，其与不同来源bOMVs的相互作用差异显著。通过TEM、SDS-PAGE和质谱分析证实flagella-like结构由flagellin蛋白构成，且钠离子驱动的flagellar运动影响bOMVs吸附，但106菌株在抑制运动后仍能形成生物膜，提示存在其他协同机制。

　　本研究以一种常见的革兰氏阴性杆菌——Aeromonas veronii biotype sobria（简称A. veronii sobria）为对象，探讨了其生物膜形成过程中外膜囊泡（outer membrane vesicles，简称OMVs）与细菌自身结构（如鞭毛）之间的相互作用。A. veronii sobria是一种广泛存在于各种水体中的病原菌，它能够引发多种与医疗器械相关的感染，如导管相关感染。此前已有研究表明，由生物膜释放的OMVs（称为biofilm-derived outer membrane vesicles，bOMVs）在促进生物膜形成方面具有重要作用，但不同菌株之间的效果存在差异，其原因尚不明确。因此，本研究通过比较三种具有不同生物膜形成能力的A. veronii sobria菌株（编号为102、104和106），分析了bOMVs对生物膜形成的影响，并重点研究了其中对生物膜形成最为敏感的菌株106，发现其表面存在类似鞭毛的结构，并揭示了这些结构在生物膜形成中的潜在作用。

### 生物膜形成能力的差异

在本研究中，三种菌株均来自同一医疗机构的不同腹泻患者。通过体外实验，研究人员发现菌株104的生物膜形成能力作为基准设定为100%，而菌株106的生物膜形成能力显著高于菌株104，菌株102则显著低于菌株104。这一结果表明，不同菌株在生物膜形成方面存在明显的差异，这种差异可能与它们的遗传特性或环境适应性有关。进一步的实验表明，当将其他菌株的bOMVs添加到菌株106中时，其生物膜形成能力显著增强，而菌株102则未表现出类似的增强效果。这提示我们，bOMVs对生物膜形成的影响可能不仅仅取决于其自身成分，还与目标菌株的特性密切相关。

### bOMVs与鞭毛的相互作用

通过扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）对三种菌株的表面结构进行观察，研究人员发现菌株106的表面存在明显的类似鞭毛的结构，而菌株102和104则没有。这一发现为进一步研究鞭毛与bOMVs之间的相互作用提供了基础。随后，研究人员对菌株106的bOMVs进行了纯化，并利用SDS-PAGE（十二烷基硫酸钠聚丙烯酰胺凝胶电泳）和纳米液相色谱-串联质谱（nano-LCMS/MS）技术对其中的蛋白质成分进行了分析。结果表明，这些蛋白质主要为flagellin（鞭毛蛋白），进一步确认了菌株106的鞭毛结构。

接下来，研究人员通过TEM观察了不同来源的bOMVs与菌株106鞭毛之间的相互作用。实验结果显示，来自菌株102的bOMVs与菌株106的鞭毛之间存在较强的结合，而来自菌株104的bOMVs则结合较弱。来自菌株106的bOMVs与鞭毛的结合强度则介于两者之间。这些结果表明，bOMVs与鞭毛的结合能力存在差异，这可能与bOMVs的物理性质、表面电荷或与鞭毛蛋白的特异性结合能力有关。

为了验证鞭毛运动是否影响bOMVs与细菌的结合，研究人员使用了phenamil（一种抑制钠离子驱动鞭毛运动的化合物），并在不同条件下观察菌株106与bOMVs的相互作用。结果显示，当鞭毛运动被抑制时，菌株106与菌株102和104的bOMVs之间的结合能力下降，但与菌株106的bOMVs之间的结合仍有一定程度。这一现象表明，鞭毛的运动可能在促进bOMVs与细菌表面结合方面起到一定作用，但并非唯一因素。此外，研究人员还通过荧光标记技术（FM 4-64）观察了bOMVs在细菌表面的分布情况，并结合生物膜形成实验，发现鞭毛运动的抑制对某些菌株的bOMVs与细菌结合的影响较小，而对其他菌株则较为显著。

### 生物膜形成与信号传导的潜在联系

除了物理结合外，研究人员还考虑了bOMVs与细菌之间是否存在信号传导层面的互动。例如，在某些细菌中，生物膜的形成与细胞内c-di-GMP（环二鸟苷酸）水平的变化密切相关。因此，本研究假设bOMVs可能通过影响细胞内的信号传导系统，间接促进生物膜的形成。然而，目前尚无直接证据支持这一假设，因此需要进一步研究bOMVs与细菌细胞膜成分之间的分子机制。

此外，研究还发现，某些bOMVs可能与细菌的外膜成分（如鞭毛）结合，形成一种特殊的相互作用模式。这种结合可能影响bOMVs的稳定性或其在细菌表面的分布，从而改变其对生物膜形成的促进作用。例如，来自菌株102的bOMVs在与菌株106的鞭毛结合时表现出更高的亲和力，而来自菌株104的bOMVs则与鞭毛结合较少，这可能意味着不同菌株的bOMVs具有不同的结合特性。

### 鞭毛结构的生物学意义

鞭毛不仅是细菌运动的关键结构，还可能在细菌与环境之间的相互作用中发挥重要作用。例如，鞭毛可以帮助细菌附着到不同的表面，包括人工材料或宿主组织，从而促进生物膜的形成。在本研究中，菌株106的鞭毛结构可能与其较强的生物膜形成能力有关，因为鞭毛的运动可能增加了细菌与bOMVs之间的接触频率，进而增强了生物膜的形成效率。此外，鞭毛的结构也可能影响bOMVs的吸附和聚集行为，从而改变其对生物膜形成的促进作用。

值得注意的是，鞭毛的结构和功能在不同细菌中可能存在差异。例如，一些细菌的鞭毛具有鞘结构，而另一些则没有。这种差异可能影响鞭毛与bOMVs之间的相互作用，因为鞘结构可能改变鞭毛的表面特性，进而影响其与bOMVs的结合能力。因此，未来的研究可能需要进一步探讨鞭毛结构的多样性及其对bOMVs与细菌相互作用的影响。

### 实验方法与技术手段

为了确保实验的准确性，研究人员采用了多种实验方法和分析技术。首先，通过SEM和TEM观察了三种菌株的表面结构，确认了菌株106的鞭毛结构。随后，通过SDS-PAGE和纳米液相色谱-串联质谱（nano-LCMS/MS）分析了鞭毛蛋白的组成，并进一步验证了其与bOMVs之间的相互作用。此外，为了研究鞭毛运动对bOMVs结合的影响，研究人员使用了phenamil进行干预，并结合荧光标记技术（FM 4-64）和共聚焦激光显微镜（confocal laser microscopy）对bOMVs的分布进行了可视化分析。

在实验过程中，研究人员还采用了OptiPrep密度梯度离心技术对生物膜外基质（extracellular matrix, ECM）进行了分馏，以分离和纯化不同成分。通过这种方法，研究人员发现菌株106的ECM中不仅含有bOMVs，还包含一些类似鞭毛的结构，这些结构可能在生物膜形成过程中起到关键作用。进一步的TEM分析表明，这些鞭毛样结构可能与bOMVs发生相互作用，从而影响生物膜的形成。

### 研究的意义与未来方向

本研究首次揭示了A. veronii sobria菌株106的鞭毛结构与bOMVs之间的相互作用，并进一步探讨了这种相互作用如何影响生物膜的形成。这一发现不仅有助于理解A. veronii sobria的致病机制，还可能为开发新的抗菌策略提供理论依据。例如，针对鞭毛或bOMVs的结构或功能进行干预，可能成为控制生物膜相关感染的有效手段。

此外，本研究还表明，不同菌株的bOMVs对生物膜形成的影响存在显著差异。这提示我们，bOMVs的生物学功能可能与其来源菌株的特性密切相关，而不仅仅是其自身的组成。因此，未来的研究需要进一步探讨不同菌株的bOMVs在结构和功能上的差异，以及这些差异如何影响其对生物膜形成的作用。

最后，研究还提到，尽管bOMVs在促进生物膜形成方面具有重要作用，但其具体作用机制仍需深入探讨。例如，bOMVs是否通过传递特定的分子信号来促进生物膜形成？这些信号是否与鞭毛的运动或结构有关？此外，还需要进一步研究bOMVs与鞭毛之间的分子相互作用，以及这种相互作用如何影响细菌的黏附和生物膜的稳定性。这些研究将有助于我们更全面地理解A. veronii sobria的生物膜形成机制，并为相关疾病的预防和治疗提供新的思路。