Pseudomonas aeruginosa facilitates Campylobacter jejuni growth in biofilms under oxic flow conditions

銅綠假單胞菌在含氧流動條件下促進空腸彎曲菌在生物膜中的生長

來源：FEMS Microbiology Ecology, Volume 91, 2015, article number fiv136

《FEMS微生物生態學》，第91卷，2015年，文章編號fiv136

 

摘要

這篇論文摘要研究了空腸彎曲菌在含氧流動條件下與銅綠假單胞菌在生物膜中的生長情況。空腸彎曲菌在單獨培養時無法形成生物膜，但當沉積在預先建立的銅綠假單胞菌生物膜上或與銅綠假單胞菌共接種時，空腸彎曲菌能持續生長3天。空腸彎曲菌集群的生長嚴格限于銅綠假單胞菌生物膜表面，無相互交織生長。溶解氧測量顯示銅綠假單胞菌生物膜在接種24小時后將流出液溶解氧從9.0 mg/L降至0.5 mg/L，創造局部微需氧環境促進空腸彎曲菌持久性和生長。結果表明銅綠假單胞菌不僅延長空腸彎曲菌在含氧條件下的存活，還使其在生物膜表面生長。

 

研究目的

研究目的是探討空腸彎曲菌在含氧流動條件下如何通過與銅綠假單胞菌的相互作用在生物膜中生存和生長，以理解這種病原體在環境中的持久性機制，特別是在水生系統和飲用水分布網絡中，為控制空腸彎曲菌傳播提供見解。

 

研究思路

研究思路基于使用流動細胞實驗，在含氧、寡營養條件下培養生物膜。比較空腸彎曲菌單獨培養、沉積在預先建立的銅綠假單胞菌生物膜上、以及與銅綠假單胞菌共接種三種情況。通過免疫熒光染色和核酸染色可視化生物膜結構，使用共聚焦顯微鏡觀察空間分布，并利用丹麥Unisense微電極測量溶解氧濃度變化，以分析環境因素對生長的影響。

 

測量的數據及研究意義

1 測量了空腸彎曲菌單獨培養時的生物量變化，數據來自圖1A和圖1B。研究意義在于證實空腸彎曲菌在單獨含氧條件下無法形成生物膜，生物量無顯著增長，突顯其微需氧特性及對共生生物的依賴，為理解其環境局限性提供基礎。

 

2 測量了空腸彎曲菌沉積在預先建立的銅綠假單胞菌生物膜上的生長情況，數據來自圖2A、圖2B、圖2C、圖2D和圖2E。研究意義在于顯示空腸彎曲菌能在銅綠假單胞菌生物膜表面形成集群并持續生長，生物量顯著增加，證明預先存在的生物膜可提供適宜微環境，增強病原體存活和增殖能力。

 

3 測量了空腸彎曲菌與銅綠假單胞菌共接種時的生物膜結構，數據來自圖3A和圖3B。研究意義在于揭示空腸彎曲菌集群僅在銅綠假單胞菌生物膜表面生長，無內部交織，表明空間隔離的共生關系，為多物種生物膜互作機制提供證據。

 

4 測量了不同培養條件下空腸彎曲菌生物量比較，數據來自圖4A、圖4B和圖4C。研究意義在于量化共培養和沉積處理顯著提高空腸彎曲菌生物量（沉積增加約80倍，共接種增加約20倍），強調銅綠假單胞菌的關鍵促進作用，指導風險評估。

 

5 測量了溶解氧濃度變化，使用丹麥Unisense電極，數據來自圖5。研究意義在于顯示銅綠假單胞菌生物膜快速消耗氧氣，24小時內溶解氧從9.0 mg/L降至0.5 mg/L，創造微需氧條件，直接解釋空腸彎曲菌生長促進機制，鏈接代謝活動與環境修飾。

 

 

結論

1 空腸彎曲菌在單獨含氧條件下無法形成生物膜，但通過與銅綠假單胞菌共生，能在生物膜中生長，顯示嚴格依賴微需氧環境。

2 銅綠假單胞菌通過消耗氧氣創造局部低氧微環境，是空腸彎曲菌生長的主要驅動因素，溶解氧下降95%證實此機制。

3 空腸彎曲菌僅存在于銅綠假單胞菌生物膜表面，無滲透生長，表明生物膜結構控制病原體分布，提示控制初級定植菌可減少空腸彎曲菌殘留。

 

使用丹麥Unisense電極測量數據的研究意義

使用丹麥Unisense電極測量的溶解氧數據（來自圖5）具有關鍵研究意義。這些測量直接量化了銅綠假單胞菌生物膜的代謝活動：顯示接種后24小時內，流出液溶解氧從9.0 mg/L急劇下降至0.5 mg/L，降幅達95%，證實生物膜通過呼吸作用顯著消耗氧氣。意義在于將微生物代謝與微環境變化直接關聯，揭示銅綠假單胞菌創造局部微需氧條件是空腸彎曲菌生長的前提；這種實時氧濃度監測排除了其他因素干擾，驗證了氧限制作為共生機制的核心角色。此外，數據支持生物膜作為環境緩沖器的概念，其中好氧菌修飾微環境使厭氧/微需氧菌得以存活，為水生系統中病原體持久性預測和控制提供理論依據。