称作菌聚体的由细菌集聚而成的粘性结构，正被证明与龋齿直至前列腺炎?肾感染等常见人类疾病有联系。菌间对话使细菌集聚组织成菌聚体，实乃其生存竞争之道。
迄今，对称作菌聚体(biofilm)的细菌之粘性集聚块的认识，主要限于它们覆盖并腐蚀各种导管的倾向。但是，前几年不断增多的证据表明，它们还导致一系列的医学问题。菌聚体污染导管与移植物，诸如导尿管与心脏瓣膜；侵袭肌体组织，诸如牙齿、牙、肺、耳道、泌尿生殖道等等。美国疾病控制中心(CDC)的传染病专家们认为：65%的人类细菌感染涉及菌聚体。
这些给人类健康带来麻烦的细菌，已引起美国卫生研究院(NIH)的注意，即将下拨的对协作研究菌聚体计划的第一笔资助，涉及23个研究所中的8个研究所。“我们认识到菌聚体的重要性，希望有关方而专家联手解决这个问题，”美国牙颅脸研究所的邓尼斯 · 曼甘(Dennis Mangan)说。他解释道，解决菌聚体这个问题，需要从微生物学、免疫学，直至材料科学和数学模型等有关专家的联合攻关，其目的是搞清菌聚体是如何形成的，使研究人员能找准其弱点，提出解决的新疗法。
人体免疫系统反击不到隐遁于菌聚体的细菌，抗生素要杀死它们常较杀死其浮游同类难得多，蒙大拿州立大学菌聚体工程中心主任威廉姆 · 科斯特顿(William Costerton)说。这可能是为什么有些感染(诸如耳道或泌尿道感染)久治不愈?反复发作的原因。
菌聚体与疾病的联系
首次感到菌聚体可能成为健康问题是在60年代中期。波士顿Forsyth牙科中心的约翰尼斯 · V · 霍特(Johnnes Van Houte)与罗纳德 · 吉本斯(Ronald Gibbons)认识到，口腔里的细菌合成粘性物质，聚积于牙齿?牙龈和舌头上。他们提出，细菌需把自身附着于诸如口腔等固体表面，导致菌斑?龋齿和牙龈疾病。
约10年后，加拿大达尔胡西大学的托马斯 · 马里(Thomas Marrie)用刚开发出的扫描电子显微镜检出覆盖于取自病人心脏起搏器上的菌聚体。于是，细菌能附着于整个人体表面的观点开始出现。次年，他又从导尿管发现菌聚体——常导致膀胱或其它器官感染。
菌聚体被证明与许多感染有关。军团病或许是最恶名昭著，参加1976年在费城举行的美国退伍军人会议的29名成员被感染致死而得名。原因是一些漂浮出空调器?含有肺炎军团病菌的菌聚体。
到了80年代中期，加拿大卡尔加里大学的约瑟夫 · 兰姆(Joseph Lam)用传导电子显微镜证实，在囊性纤维变性病人肺里有菌聚体。接着，丹麦哥本哈根大学的内尔斯 · 霍依别(Nels Hoiby)证实，这些病人中的80～90%其肺被含有绿脓杆菌的菌聚体所堵塞，并最终导致呼吸在竭而亡。“抗生素治疗能杀灭一些细菌，但菌聚体在抗生素攻击下仍能岿然独存，”爱俄华大学囊性纤维变性研究中心的彼得 · 格林博格(Peter Greenberg)说。
CDC病原实验室主任、微生物学家弗雷特 · 奎因(Fred Quinn)相信，有些类似的事可能发生于结核病。患者晚期吐的痰含有结核杆菌粘性菌块，与从囊性纤维变性患者见到的绿脓杆菌菌块相似。“或许见于结核病晚期的菌块就是菌聚体，”奎因猜测。结核病人肺部被菌聚体堵塞的空洞，胸透呈致密阴影。
现在研究人员怀疑菌聚体是医学上许多健康不良之因。例如，显微镜检查已证实，菌聚体生成固着纯磷酸铵镁肾结石的粘性物质。在全部肾结石中，该型肾结石约占1/4，它较其它类型肾结石给肾脏带来更大的危害，手术去除后还经常复发。但是，它们与菌聚体的联系导致更细致的外科手术。泌尿科专家们知道，他们“必须除石务尽，否则，菌聚体必将重生，”加拿大金斯顿女王大学的泌尿科专家柯蒂斯 · 尼克尔(Curtis Nickel)说。
传统培养技术不能检出的顽固的菌聚体，还可导致一些常见感染的复发。用DNA多聚酶链反应检测技术，阿勒格尼大学微生物学家加思 · 埃利克(Garth Ehrlich)从经抗生素治疗数周后的中耳炎患者的耳道分泌液里，发现病原体流感嗜血杆菌表达基因。同时，分泌液的浮游生物培养为阴性。埃利克提出病原体存留于菌聚体的假说。
埃利克的同事王雪(Xue Wang)从培养阴性的耳道分泌液检出细菌合成蛋白质，从而支持其假说。“这给我们的下述观点加固了论据：细菌在菌聚体里的代谢是旺盛的，但不能从浮游状态下培养出来，”埃利克说。如果是这样，医师们应该考虑使用以不利细菌生长的材料制作的引流管给慢性中耳炎患者作引流。
菌聚体形成机理
90年代早期，科斯特顿及其同事用同焦扫描激光显微镜观察菌聚体，发现菌聚体由被碳水化合物基质联结一起的一些蘑菇状的菌块组成，周围有水道供应营养素，排出废弃物。
卡尔加里大学的于红伟(Hongwei Yu)已从基因表达模式研究证实，菌聚体中细菌的细胞壁蛋白质的40%与浮游细菌不同。当细菌形成菌聚体后，抗生素的靶子便消失了。即使靶子还在，抗生素也接近不了。科斯特顿与内尔斯 · 霍依别及其同事的研究都证实：菌聚体中的细菌分泌一种碳水化合物组成的粘性保护层，各种抗体与许多抗生素都不能穿透它。菌聚体中的细菌能不繁殖而生存，使它们能耐受抗生素的攻击。
当前研究的主攻方向之一是寻找克服菌聚体耐药性的途径。曼甘指出：“我们仍然不知道怎样治疗和预防菌聚体，这就是需要加强研究的理由。”一些研究人员正着手寻找菌聚体形成所需的生化信号。去年，格林博格实验室的研究人员以及菌聚体工程中心的大卫 · 戴维斯发现了一些叫做脂肪酰同型丝氨酸内酯类的分子，它们指令浮游的绿脓杆菌合作构建菌聚体。这些内酯分子启动细菌的40多个基因，这些基因指令细菌制造粘性外层并重组细胞壁。
在同一思路下，华盛顿大学牙科学院的微生物学家理查德 · 拉蒙德(Richard Larnont)正在搜寻与菌斑形成有关的信号。他的研究组发现，虽然在导致牙周感染上是齿龈视红单胞菌占主导，它肆虐所需的厌氧环境却是被包埋在菌斑里的核梭形杆菌所提供。拉蒙德现正寻找使核梭形杆菌筑巢于菌斑的信号，希望找到阻断信号的化合物，使齿龈视红单胞菌不能托庇于菌斑。“我们不知道脂肪酰同型丝氨酸内酯类分子是否与此有关。但可肯定，某信号与此有关，”拉蒙德说。
治疗菌聚体感染的其它途径正在探索中。格林博格提出，很可能找到“指令菌聚体中细菌离开其巢穴的时限”的信号。一旦找到这些解体的信号，便能用它们来分裂菌聚体，使细菌更易于被抗生素或免疫系统杀死。
其他研究人员抱着用更有效的抗生素治疗方案解决问题的希望正深入调查菌聚体的微环境。实验室培养的假单胞菌属菌聚体的不同部位，其pH、氯离子浓度、渗透性、氧供应有明显差异。“没有单一的抗生素能在所有这些微环境里都奏效，”科斯特顿说。
与CDC的奎因协作，科斯特顿计划使用微电极探查实验结核病兔的肺损伤，根据所得结果精确调整治疗结核病的抗生素混合疗法。例如，设若一种抗生素能杀尽除繁殖于pH<4的空洞的细菌，则可用另一种选择性杀死嗜酸性细菌的抗生素与之配伍。
甚至可能用细菌自身与有害的菌聚体竞争。实验证明，并非所有的菌聚体都有害。在探寻预防泌尿道感染方法的过程中，英国西安大略大学微生物学家格利高 · 利德(Gregor Reid)在健康妇女的泌尿生殖道中无意发现了含有约50种细菌的“好”菌聚体。泌尿道感染会分裂这健康的菌聚体，但用加进特定株的乳酸杆菌的方法，能重建原来的好菌聚体。在泌尿道多重感染的55例妇女患者的小规模研究中，利德发现，一种乳酸杆菌阴道栓剂，每周一次，使用一年，能使感染复发从年平均6次减少到年平均1.6次。
“我们必须搞清并利用菌聚体细菌制造麻烦的手段，”科斯特顿说，那比用像抗生素那样的老式武器对菌聚体进行狂轰滥炸要强得多。
[Science，1999年3月19日]