萨尔州大学 细菌金黄色葡萄球菌与疏水性(“低能”)表面(左)结合的粘附机制模型，与亲水性(“高能”)表面(右)相比较
在左边，大量的细胞壁分子(这里显示为微小的可压缩弹簧)参与了细胞与疏水表面的结合
在右边显示的亲水表面上，涉及的分子少得多
这些结果是由萨尔州大学的一组实验和理论物理学家获得的，他们对原子力显微镜实验的力-距离数据进行了计算蒙特卡罗模拟
学分:萨尔州大学 实验和理论物理研究的结果可能有助于改善抗菌表面
这项研究工作最近发表在《纳米尺度》杂志上
金黄色葡萄球菌是患者住院期间感染的最常见原因之一
这些病原体特别成问题，因为它们能在天然和人造表面上形成坚固的生物膜，很难去除
“这些生物膜中的单个细菌受到有效保护，免受抗生素或人体免疫系统的攻击
这就是为什么当这些细菌在医用植入物中繁殖时会非常危险，因为它们会导致严重的术后感染，”萨尔大学实验物理学教授卡琳·雅各布斯解释道
因此，首先要努力防止生物膜的形成，这一点至关重要
然而，为了能够影响生物膜的生长，研究人员必须了解细菌附着在不同物质上的机制
使用扫描原子力显微镜，他们将微小的细菌细胞压在不同类型的表面上，然后确定将粘附的细胞从表面上提起所需的力
这种实验配置允许研究人员记录力-距离曲线
“我们使用极其光滑的硅表面作为模型表面
在一组实验中，硅表面被制备成具有高的水润湿性；在另一组实验中，它们被处理成高度疏水的
卡琳·雅各布斯解释说:“我们能够证明，细菌细胞粘附在疏水表面上的能力比粘附在亲水(水可润湿)表面上的能力强得多，水就是从疏水表面上滚下来的。”
但是，不仅仅是力的大小不同于两种表面类型，力-距离曲线的形状也不同(见图)
“在疏水表面上，我们看到非常光滑的曲线，具有典型的杯形
相比之下，在亲水表面上，我们观察到的力-距离曲线具有非常锯齿状的轮廓，”雅各布斯教授说
为了理解这些结果，这些复杂系统的动力学通过蒙特卡洛模拟进行建模，该模拟是由萨尔州大学理论物理学教授路德格·安滕教授领导的研究小组进行的
该模型将细菌细胞视为一个刚性球体，将细胞束缚在表面的细胞壁分子视为微小的弹簧
“事实证明，为了重现实验结果，分子结合过程的随机(随机)性质所起的作用比试图增加模型的复杂性更重要
我们现在已经发现了为什么细菌细胞在不同类型的表面上表现如此不同
在疏水表面上，大量的细胞壁蛋白附着在表面上，这导致了很强的结合力，并产生了平滑的力-距离曲线，”路德格·桑滕解释说
相比之下，在亲水表面上，参与将细菌束缚在表面上的细胞壁蛋白要少得多
结果，细菌在表面上保持得不太牢固，力-距离曲线的形状不太均匀
“我们在亲水表面上看到的锯齿状曲线是由一些单个细胞壁分子从表面拉出来造成的
因为涉及的细胞壁蛋白质较少，细菌与亲水表面的结合就不那么牢固，”埃里克·迈卡兰兹说，他在博士研究工作中进行了蒙特卡洛模拟
由于力-距离曲线的不同形状，物理学家认为在亲水表面上，较少的细胞壁蛋白质参与结合过程，因为这些分子首先必须克服势垒，这有效地减少了能够将细胞束缚在表面上的蛋白质大分子的数量
“粘附在亲水表面上的潜在屏障相对较高，因此只有少数细胞壁蛋白能够在特定时间内克服这种能量屏障
然而，在疏水表面上，屏障小得可以忽略不计，因此许多细胞壁蛋白可以直接附着在表面上
克里斯蒂安·斯宾格勒在研究中进行了实验
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
