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心血管细菌感染死亡率高，其中金黄色葡萄球菌（S. aureus）引发的感染治疗困难。研究人员针对心血管生物膜早期发育展开研究，发现细菌生长和代谢与培养基、底物有关，且S. aureus凝固酶对纤维蛋白生物膜形成至关重要。该研究为治疗提供新方向。
在医学领域，心血管细菌感染一直是个棘手的难题。像感染性心内膜炎（IE），发生在心脏内部，还有涉及心脏起搏器、左心室辅助装置等心血管植入设备的感染，都严重威胁着人们的生命。IE 的 1 年死亡率高达 50%，心血管设备感染（CDI）的死亡率也在 25% - 50% 之间，具体取决于所使用的设备。而金黄色葡萄球菌（
S. aureus）是最常见的致病菌，在 IE 和 CDI 中都占据了相当高的比例，它不仅会导致患者住院时间延长、死亡风险增加，还常常需要手术干预来解决感染问题。
标准的抗生素治疗对这些感染往往效果不佳，原因就在于它们是生物膜感染。生物膜中的细菌被包裹在细胞外基质中，这使得它们对抗生素的敏感性大幅降低，心血管相关生物膜中的细菌对抗生素的敏感性甚至降低到原来的 1/4000。尽管生物膜在增加治疗难度和死亡率方面有着重要影响，但心血管系统中生物膜早期形成的机制却一直不为人所知。
为了揭开这个谜团，来自荷兰伊拉斯姆斯大学医学中心（Erasmus MC）的研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Biofilm》上，为心血管感染的治疗带来了新的希望。
研究人员采用了多种关键技术方法。在细菌培养方面，选取临床分离的凝固酶阳性的S. aureus、凝固酶阴性的路邓葡萄球菌（S. lugdunensis）和凝固酶突变株S. aureus Δcoa，在胰蛋白酶大豆肉汤（TSB）、伊斯科夫改良杜尔贝科培养基（IMDM）和人血浆中进行培养，同时设置有无猪心脏瓣膜的不同条件。通过微板读数仪测量细菌生长（OD600），利用微热量计测定细菌代谢活性。在检测细菌对纤维蛋白原的利用时，运用功能性 Clauss 法。借助共聚焦显微镜观察生物膜中纤维蛋白（原）的存在情况，还使用时间推移成像技术追踪纤维蛋白网络的发展。
下面来看具体的研究结果：
- 细菌生长和代谢活动与培养基和底物相关：研究发现，不同培养基对细菌生长影响显著。在 TSB 中，S. aureus 25268 生长最快、总量最多；在 IMDM 中，S. aureus Δcoa 和S. lugdunensis生长延迟，但 24 小时后与S. aureus 25268 最终 OD 值相似；在人血浆中，S. aureus 25268 生长最好。代谢活性方面，在 TSB 中，S. aureus 25268 代谢活性最高；在 IMDM 中，各菌株代谢活性均低于 TSB；在人血浆中，所有菌株代谢活性最低。而且，猪瓣膜的存在会使各菌株代谢活性发生不同变化，这表明细菌生长和代谢活动依赖于培养基和底物。
- 只有产生凝固酶的S. aureus菌株能形成纤维蛋白生物膜：通过共聚焦显微镜观察发现，在人血浆中培养 24 小时后，S. aureus 25268 形成了覆盖瓣膜表面的致密纤维蛋白链网络生物膜，多数细菌聚集在其中；而S. aureus Δcoa 和S. lugdunensis则没有形成纤维蛋白网络，细菌分散在猪瓣膜上。
- 凝固酶是S. aureus利用纤维蛋白原所必需的：纤维蛋白原利用实验表明，S. aureus 25268 在 6 小时内纤维蛋白原利用率迅速上升，达到 76.4%，2 - 6 小时有显著下降（74.9%，p = 0.034）；而S. aureus Δcoa 和S. lugdunensis纤维蛋白原利用率极低，与血浆对照组相似。
- 纤维蛋白网络在最初 6 小时内形成：时间推移成像显示，1 - 3 小时细菌细胞稀疏地覆盖着纤维蛋白（原），4 - 6 小时纤维蛋白链密度和细菌聚集体迅速增加。S. aureus 25268 比S. aureus 50825 更快形成更致密的纤维蛋白生物膜。对纤维蛋白网络孔隙率和密度的分析表明，随着生物膜成熟，孔隙率降低，密度增加，且不同菌株存在差异。
综合研究结果和讨论部分，该研究具有重要意义。一方面，研究人员发现细菌在不同培养基和底物上的行为差异，强调了实验设计中选择合适培养基和底物的重要性。另一方面，明确了凝固酶在S. aureus纤维蛋白生物膜形成中的关键作用，为开发针对心血管感染的新疗法提供了理论依据。未来，有望通过靶向凝固酶活性，破坏生物膜形成，减轻感染严重程度，从而为心血管感染患者带来更好的治疗效果。
