综述：生物膜状态转换：群体感应抑制与网络失稳

《Applied Microbiology and Biotechnology》：Biofilm state transitions: quorum sensing inhibition and network destabilization

　　

摘要

生物膜传统上被视为与表面相关、被胞外聚合物（EPS）包裹的聚集体。在此，我们提出了一种理论视角，将生物膜形成定位为一种协调的调节状态转换，基于对已发表的转录组学、蛋白质组学和代谢研究的综合，这些研究记录了基因调控网络、第二信使信号传导（例如，环二鸟苷酸）、群体感应回路和代谢通量分布的系统性重编程。生物膜内的空间分层产生了代谢上独特的亚群——包括持久菌和休眠细胞——从而增强了集体的稳健性。以Salmonella enterica 血清型 Typhimurium 为模式生物，我们将群体感应抑制（QSI）形式化为一个可能的分岔控制参数，其 destabilizing 作用由一个由协同性、种群密度和信号衰减率支配的粗粒化现象学模型描述。我们通过分岔分析并与已发表的实验性生物膜破坏研究交叉参考表明，足够强的信号衰减型 QSI 可以在不施加强烈杀菌压力的情况下使高信号生物膜吸引子崩溃。这种以网络为中心的视角阐明了集体调控回路的不稳定——而不是直接杀死细胞——如何能增强治疗敏感性。此外，该框架为将抗毒力干预与传统抗菌药物结合的组合策略提供了概念基础，通过靶向协作性而非必需性状，有望减缓耐药性进化的速度。源自该框架的预测需要直接实验验证以确立定量准确性。

要点

• 生物膜可以被概念化为由多层反馈耦合维持的协调调节吸引子状态。

• QSI 被形式化为一个可能的分岔控制参数，当实施为信号降解型抑制时，能够使高投入生物膜状态不稳定。

• 网络不稳定可能会增强抗菌敏感性，同时施加的进化压力低于直接杀菌方法。