研究背景及結(jié)論：生物學(xué)驅(qū)動(dòng)研究的一個(gè)主要主題是關(guān)系在形式和功能之間的關(guān)系。了解多細(xì)胞生物的進(jìn)化過程的好處。研究人員展示了細(xì)菌的生物膜銅綠假單胞菌產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)使細(xì)胞最大化繁殖。開發(fā)了一個(gè)資源的數(shù)學(xué)模型菌落特性中的有效性和代謝反應(yīng)。這一分析準(zhǔn)確地預(yù)測了兩者的實(shí)測分布電子受體類型-氧，可從由大氣、苯那嗪、氧化還原活性抗生素產(chǎn)生這種細(xì)菌。利用該模型，證明了幾何模型的正確性菌落結(jié)構(gòu)在生長效率方面是最優(yōu)的。

微電極的具體使用方法介紹：生物膜表面的氧剖面濃度的測試使用小型克拉克式氧傳感器(Unisense;10-μm尖端直徑)，三維操作器(Unisense)控制測試進(jìn)入生物膜內(nèi)的深度。微電極被連接到一個(gè)皮安放大器主機(jī)上(Unisense)，于-800 mV下極化。采用大氣氧源和零氧值兩點(diǎn)標(biāo)定系統(tǒng)對傳感器進(jìn)行標(biāo)定。所有校準(zhǔn)讀數(shù)和輪廓測量均使用SensorTrace Pro 2.0軟件(Unisense)獲得。

水平(A)和垂直(B)的結(jié)構(gòu)銅綠假單胞菌菌落生物膜。菌落長大了空氣暴露于1%的色氨酸，1%瓊脂上5天標(biāo)尺代表0.5厘米。(C)模擬濃度脊內(nèi)的氧氣

生長4天老菌落生物膜的氧濃度(A)基區(qū)(B)脊區(qū)。測量數(shù)值由點(diǎn)給出，模擬由實(shí)曲線表示我們對生長5 d以上的37個(gè)基本剖面和27個(gè)山脊剖面進(jìn)行了測量，A和B的數(shù)據(jù)代表了觀測剖面內(nèi)濃度的變化。箭頭表示生物膜表面的頂部。

基質(zhì)區(qū)域的測量氧氣濃度剖面(A)和(B)生長在含有21%的氧氣環(huán)境下的Δphz菌落。

延伸閱讀

銅綠假單胞菌生物被膜的結(jié)構(gòu)、形成

什么是生物被膜（biofilm）？

指細(xì)菌為了適應(yīng)外部的生存環(huán)境而黏附于非生物或活性組織的表面，分泌多糖基質(zhì)將細(xì)菌體聚集包繞于其中形成的膜樣物，形成一種與浮游細(xì)菌不同生長方式的具有高度組織結(jié)構(gòu)性的微生物群落。

生物被膜的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，從外到內(nèi)包括：

主體層

連接層

條件層

基質(zhì)層

銅綠假單胞菌生物膜：結(jié)構(gòu)異質(zhì)性

表面附著大量的血小板細(xì)胞碎片和各種代謝物；

被膜內(nèi)不同部位，基因上相同的細(xì)菌，有各自的基因表達(dá)模式，表現(xiàn)出完全不同的特征。

體內(nèi)生物被膜的形成：

形成調(diào)節(jié)膜：液體、蛋白吸附層；

可逆性附著：浮游細(xì)菌和黏附細(xì)菌動(dòng)態(tài)的平衡；

不可逆性黏附：藻酸鹽起著連接和支撐的作用，逃避免疫；

微菌落形成：圍繞著水通道形成，運(yùn)送營養(yǎng)物質(zhì)、代謝產(chǎn)物等，排出廢物；

播種型擴(kuò)散：細(xì)菌通過主動(dòng)機(jī)制發(fā)生擴(kuò)散，感染遷延難愈的重要原因。