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为探究枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）生物被膜中胞外多糖（EPS）和芽孢形成对抵抗过氧化氢（H2O2）的作用，研究人员用野生型和突变菌株开展研究。结果显示 EPS 在抗 H2O2中作用重大，芽孢形成贡献有限。该研究为抗生物被膜策略提供依据。
在微生物的世界里，生物被膜就像一群 “顽固分子”，给人类带来诸多麻烦。在医疗领域，生物被膜相关细菌引发的感染占人类细菌感染的 60%，慢性感染的 80% 以及医院感染的 65% ；在工业方面，据 2022 年的一项对比研究估计，生物被膜每年造成的经济损失高达约 5 万亿美元，主要源于工业设施中腐蚀性生物被膜。生物被膜之所以如此难以对付，是因为它具有多种抗逆机制，包括生长缓慢、细胞间通讯、胞外基质（EM）保护以及一些未知因素。
过氧化氢（H2O2）作为一种常见的消毒剂，具有杀菌、杀病毒、杀芽孢和杀真菌的特性，常被用于消毒受污染的表面。然而，对于枯草芽孢杆菌生物被膜，其抵抗过氧化氢的机制尚不清楚，尤其是生物被膜中的胞外多糖（EPS）和芽孢形成在这一过程中起到什么作用，不同成熟阶段的生物被膜对过氧化氢的抗性又有何差异，这些问题都亟待解决。
为了揭开这些谜团，研究人员开展了相关研究。他们以枯草芽孢杆菌为研究对象，选用野生型和缺乏 EPS 或芽孢形成能力的突变菌株，通过一系列实验，探究生物被膜在不同成熟阶段对过氧化氢的抗性，以及 EPS 和芽孢在其中的作用。该研究成果发表在《Biofilm》杂志上。
研究人员采用了多种关键技术方法。首先是孢子的生产和纯化，将过夜培养物接种到固体培养基上，经过 5 - 7 天培养后收获孢子，通过多次洗涤确保纯度。接着，利用标准化的培养方法获取生物被膜，将孢子接种到亲水化的 PTFE 滤膜上，置于特定培养基中培养不同时间，获得不同成熟阶段的生物被膜。然后，对生物被膜进行过氧化氢处理，并通过计算菌落形成单位（CFU）来评估细胞的存活情况，同时统计孢子数量。最后，运用统计学方法对数据进行分析。
研究结果
- 生物被膜的生长与形态：野生型生物被膜随着成熟度增加，细胞数量不断上升，孢子数量在 72 小时达到峰值，生物被膜形态从 24 小时的同心环结构逐渐发展为成熟时的高度异质三维结构。EPS 缺陷型生物被膜在早期孢子数量低于接种量，营养细胞数量大幅增加，生物被膜更小、结构更均匀、无褶皱。缺乏芽孢形成能力的生物被膜（ΔsigG）从 0 小时开始细胞数量翻倍后趋于稳定。
- 过氧化氢处理后的生物被膜存活情况：野生型生物被膜在过氧化氢处理后，0 小时的孢子和总 CFU 数量稳定，24 小时的总 CFU 显著下降但孢子数量不受影响，48 和 72 小时的生物被膜对过氧化氢有高效抗性。EPS 缺陷型生物被膜在早期对过氧化氢更敏感，随着成熟度增加，48 和 72 小时的生物被膜存活率有所提高，但仍低于 0 分钟对照。缺乏芽孢形成能力的生物被膜，接种的浮游细胞在过氧化氢处理 20 分钟后就检测不到 CFU，而形成生物被膜后，24 - 72 小时的生物被膜对过氧化氢抗性增强。
研究结论与讨论
研究表明，EPS 在生物被膜抵御过氧化氢的过程中发挥着重要作用，尤其是在生物被膜成熟的早期阶段。缺乏 EPS 的生物被膜对过氧化氢更为敏感，而成熟生物被膜除 EPS 外，可能还有 TasA 蛋白纤维和表面层蛋白 BslA 等其他成分发挥保护作用。虽然芽孢在抵抗过氧化氢方面具有一定机制，但在本研究的生物被膜体系中，芽孢形成对生物被膜的存活率贡献有限，完整且功能正常的生物被膜基质才是抵抗过氧化氢的关键。
这项研究意义重大，它深入揭示了枯草芽孢杆菌生物被膜抵抗过氧化氢的机制，为开发更有效的抗生物被膜策略提供了理论依据。基于此，在实际应用中，以过氧化氢为基础的消毒方法可结合其他杀芽孢处理，如紫外线或加热，以增强消毒效果，这对于保障医疗环境安全、减少工业损失等方面都具有重要的指导价值。
