嗜肺軍團菌在假單胞菌生物膜中的定植
嗜肺軍團菌是一種眾所周知的水傳播病原體，可導致嚴重且通常致命的肺炎，稱為軍團病。廣泛存在于天然淡水、濕潤土壤等自然環境中，隨著供水氣化進入用水管道、水箱等人工水環境中，當消毒不及時或大量生長繁殖就會對人體健康帶來潛在健康危害。
據報道原生動物和生物膜是軍團菌在水系統中定居和生存的關鍵生態位，但也有科學家說無需原生動物只要存在細菌種類嗜肺軍團菌就能在其中繁殖長時間存在。Ana Rosa Silva等人為了探究生物膜對人工水環境中軍團菌的重要性，開展了一項關于軍團菌在生物膜定植的研究。
實驗采用熒光假單胞菌的細胞膜，將獲取的細菌懸液于聚氯乙烯（PVC）上進行培養孵育，形成細胞膜三天后再加入嗜肺軍團菌懸液加標生物膜。共孵育培養14天，觀察變化。
1.嗜肺軍團菌能夠在熒光假單胞菌生物膜中至少定植持續存在11天。
如圖1a所示，在這兩種情況下，熒光假單胞菌的數量在第3天至第14天均無顯著變化。熒光假單胞菌的細胞密度未受到嗜肺軍團菌存在的顯著影響。但如圖1b所示，在第4天至第7天，每個生物膜體積的嗜肺軍團菌可培養數量減少了1個對數，之后一直并保持在5 log10 CFU/cm3左右，直到實驗結束。
圖 1
2. 嗜肺軍團菌對細胞膜的影響
當嗜肺軍團菌定植在熒光假單胞菌生物膜上時，在第3天和第4天之間沒有發現顯著差異，它們保持了其中尺度結構（圖3的OCT圖像，圖4厚度、孔隙率和壓實參數進行量化）。軍團菌加標生物膜結構的差異僅在晚些時候才明顯。然而，厚度遵循不同的趨勢：從第7天到第14天，加標生物膜逐漸變得比對照組更厚。
生物膜的其他介尺度特征（包括孔隙率和壓實參數）表明，無論軍團菌是否存在，主要的生物膜結構都是來自熒光假單胞菌的生物膜結構——第一個定植者。
圖 2（藍色表示空間間隔）
圖 3
3. 隨著時間的推移，嗜肺軍團菌進入不可培養但可存活狀態 （VBNC）。
隨著時間的推移(特別是在第14天)，紅色熒光細胞的強度(圖4B、D和F)似乎變得微弱，生物膜的厚度增加，在第14天尤為明顯(圖4E)。EDIC圖像顯示PNA-L隨著時間的推移，嗜肺軍團菌信號變得微弱，這似乎與軍團菌培養能力(圖1b)隨著時間的推移而下降是一致的。在這些情況下，這可能是嗜肺軍團菌進入不可培養但可存活狀態(VBNC)的結果。
圖 4使用EDIC通道（圖像A，C和E）和 TRITC濾光片（圖像B，D和F）可視化生物膜。 白色箭頭表示微菌落，黃色箭頭表示高度定植的區域。
4. 嗜肺軍團菌位于生物膜的底部
這些圖像顯示，細菌之間沒有交叉染色。關于細菌的空間定位，CLSM圖像（圖5）表明細菌基本上位于兩個不同的層中。嗜肺軍團菌位于生物膜的底部，而熒光假單胞菌位于上層。
圖 5 4天、7天和14天加標嗜肺軍團菌生物膜的代表性 CLSM 圖像;后者用PNA探針（紅色）染色。
5. 嗜肺軍團菌在最初的 24 小時內在生物膜內的遷移
在加標后的最初5分鐘內未觀察到嗜肺軍團菌。加標后 15 分鐘，在生物膜的頂面檢測到一層薄薄的嗜肺軍團菌。隨著時間的流逝，觀察到生物膜頂部嗜肺乳桿菌的增加，表明細菌正在積累。到4小時時，大量的嗜肺軍團菌開始出現在生物膜的底層，同時頂部的細菌減少。這種遷移繼續進行，到 24 小時觀察期結束時，嗜肺軍團菌主要位于生物膜的底部。
表 6
參考文獻：Silva, A.R., Melo, L.F., Keevil, C.W. et al. Legionella colonization and 3D spatial location within a Pseudomonas biofilm. Sci Rep 14, 16781 (2024). https://doi.org/10.1038/s41598-024-67712-4
來源：微生物安全與健康網
