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为解决军团菌（Legionella）在水系统中管理难题，研究人员开展 “Legionella pneumophila 响应水动力介导的生物膜结构变化” 研究。结果发现停滞会增加 Legionella 增殖风险等。该研究对推进生物膜分析和监测意义重大。
在现代社会，水系统与人们的生活息息相关。然而，军团菌（Legionella）在水系统中的广泛存在却如同隐藏在暗处的 “健康杀手”，给公众健康带来了巨大威胁。随着全球气候的变化、城市化进程的加快以及水回用的日益增多，水系统变得愈发复杂，这为军团菌的滋生和传播提供了温床。同时，免疫抑制人群的增加和人口老龄化，使得人们对军团菌感染的易感性大大提高。
目前，在军团菌的研究和防控方面存在诸多问题。一方面，尽管已有不少研究关注军团菌，但许多研究在分析微生物时，常常忽视生物膜三维结构的重要性，只是简单地破坏生物膜基质进行研究，这就如同只看到了冰山一角，无法全面了解军团菌与生物膜之间的复杂关系。另一方面，对于生物膜在嗜肺军团菌（L. pneumophila）存在时的行为，以及该细菌对不同水动力条件影响下生物膜结构的响应，人们知之甚少。在这样的背景下，开展深入研究，揭示军团菌与生物膜在不同水动力条件下的相互作用机制，对于有效防控军团菌感染、保障公众健康显得尤为迫切。
为此，来自国外的研究人员开展了一项重要研究。他们以生物膜形成菌荧光假单胞菌（P. fluorescens）为模型，构建了 12 孔板实验平台，模拟不同水动力条件（80RPM 和停滞），深入探究生物膜中尺度结构对 L. pneumophila 的影响。研究主要聚焦三个关键问题：一是生物膜在 L. pneumophila 进入时如何重新排列；二是生物膜结构怎样影响 Legionella 在其内部的迁移；三是生物膜环境如何促使 L. pneumophila 转变为活的非可培养（VBNC）状态。
研究人员在实验过程中运用了多种关键技术方法。首先，利用光学相干断层扫描（OCT）技术，对生物膜的中尺度结构进行分析，获取生物膜厚度、孔隙率等关键参数；其次，通过共聚焦激光扫描显微镜（CLSM），结合特异性的 16S rRNA 肽核酸（PNA）探针，标记 L. pneumophila，从而精确追踪其在生物膜内的空间位置和迁移轨迹；此外，采用直接活菌计数（DVC）技术与 PNA 杂交相结合的方法，对 VBNC 细胞数量进行定量分析 。
研究结果具体如下：
- 生物膜对 L. pneumophila 的结构响应：通过 OCT 成像分析发现，持续 80RPM 条件下，L. pneumophila 加入 24h 后，生物膜变薄，厚度显著降低约 20%，孔隙率也明显下降；而从 80RPM 转变为停滞条件后，生物膜变厚，厚度大幅增加。这表明不同水动力条件下，生物膜会因 L. pneumophila 的入侵而发生显著的结构变化。
- 不同水动力条件下 L. pneumophila 的迁移：借助 CLSM 追踪 L. pneumophila 在生物膜内的迁移，发现其迁移模式因水动力条件而异。在 80RPM 动态条件下，L. pneumophila 最初偏好生物膜中层，随后逐渐积累在底部，整个迁移过程较慢；而在从 80RPM 转变为停滞条件后，L. pneumophila 迁移速度加快，能更快到达生物膜底部。并且，停滞条件下生物膜的生物量比（Pf/Lp）显著降低。
- L. pneumophila 在生物膜内随时间的行为变化：研究 L. pneumophila 在生物膜内进入 VBNC 状态的情况发现，在两种水动力条件下，大量 L. pneumophila 在 24h 内就进入了 VBNC 状态。80RPM - 80RPM 条件下，L. pneumophila 在第 9 天后就无法从生物膜中培养出来，而 80RPM - Stag 条件下可培养至第 14 天。这说明持续动态条件可能促使 L. pneumophila 更早进入 VBNC 状态。
综合研究结果和讨论部分，该研究具有重要意义。研究揭示了水动力在生物膜与 Legionella 相互作用中起着关键作用。停滞条件显著增加了 Legionella 的增殖风险，因为较厚的生物膜更有利于细菌在底部的定植和聚集；生物膜中的水通道对 Legionella 在生物膜内的运动至关重要，为其迁移提供了便利；同时，研究还发现高浓度的 L. pneumophila 活细胞在 11 天内保持稳定，但暴露于剪切条件下 9 天后，细菌会完全丧失可培养性，全部进入 VBNC 状态。这些发现为深入理解 Legionella 与生物膜的相互作用机制提供了重要依据，对推进生物膜分析和监测、优化水系统中 Legionella 的管理策略具有重要的理论和实践价值，有助于制定更有效的防控措施，降低 Legionella 对公众健康的威胁。该研究成果发表在《Biofilm》杂志上，为相关领域的研究提供了新的思路和方向。
