当我们想到细菌时，我们可能会想到在溶液中游泳的单细胞。然而，与人类相似，细菌细胞经常社交，利用表面结合成复杂的异质群落，称为生物膜。在一个群体中，生物膜中的细菌在抵抗各种环境压力方面非常强大——这是一个关键特征，使得生物膜相关感染极难用抗生素治疗。

　　50多年来，生物膜的研究一直围绕着使生物膜茁壮成长并对抗生素治疗产生耐受性的生物过程展开。在最近发表在《美国国家科学院院刊》上的一篇展望文章中，埃尔兰根马克斯-普朗克中心

　　物理与医学研究中心的研究人员与来自耶路撒冷希伯来大学和哈佛医学院的合作伙伴分享了他们对细菌如何依赖物理过程形成和维持生物膜的见解，包括在极端压力条件下的生存。

　　这项工作强调，除了信号和调控的生物分子细节外，生物物理相互作用在细菌生命周期和感染中发挥重要作用。

　　robert Kolter教授(哈佛医学院，波士顿，美国)说:“生物膜研究已经从认为细菌是单个细胞(最初是由Antonie van Leewenhawk发现的)发展到认识到，在适当的条件下，细菌聚集成细胞群，形成生物膜。”

　　由于生物膜的复杂性和异质性，将其与人体组织进行比较是生物膜研究的最新进展。有时，生物膜甚至被认为是人体组织的连续部分，例如我们牙齿上的口腔生物膜或居住在人类肠道中的微生物群。

　　生物膜与真核生物组织共有的一个显著特征是，细菌将自己嵌入自分泌的细胞外聚合物基质中，这种基质将细胞结合在一起，赋予生物膜机械稳定性，充当水和营养物质的储存库，并保护生物膜免受抗菌剂的侵害。

　　Liraz Chai教授(以色列耶路撒冷希伯来大学和澳大利亚布里斯班昆士兰科技大学马克斯普朗克昆士兰中心)建议:“我们鼓励将讨论范围从细胞外基质扩大到细胞外空间。细胞外基质是独特环境中的单一成分，它浸泡在水中并溶解营养物质、信号分子、废物和金属离子。在这种环境中，各种各样的物理过程直接影响生物膜的生理机能，因为分子和细菌相互影响。”

　　水对所有生物体都是必不可少的，并且在生物膜的细胞外空间中占主导地位。由于渗透作用，细胞外基质可以从环境中吸收水分，并帮助生物膜膨胀，类似于海绵。当水分从植物的叶子中蒸发时，生物膜表面的水分蒸发可以驱动水流，带来新鲜的营养物质。有时，生物膜甚至会形成类似血管系统的通道，使水流到最需要的地方。

　　当水变得稀缺时，生物膜可能会通过将水保留在细胞外空间而引起干燥应激反应。它们甚至可以将胞外多糖成分转化为玻璃的物理状态——这是一种被耐干燥植物种子和水熊(缓步动物)所利用的策略。

　　除了水，细胞外空间支持分子的自组织过程。例如，蛋白质形成复合物，而有机细胞外基质模板化的矿物质积累可能导致生物膜的生物矿化，如牙齿表面硬化斑块的形成。

　　该观点提出的令人兴奋的未来研究方向之一是了解在嵌入细菌的遗传水平上如何调节细胞外空间发生的物理过程。

　　作者认为，导致基质分泌的调控途径相对较好理解。然而，基质生产事件的顺序如何根据细胞微环境进行编排，以及它如何响应外部扰动而发生变化是一个悬而未决的问题。

　　“然而，非常基本的物理过程可能是理解这种复杂的时空分层组织的关键，从单个蛋白质的纳米尺度到厘米尺度的整个生物膜，”Vasily Zaburdaev教授解释说(Friedrich-Alexander-Universit?t Erlangen- n rnberg和Erlangen的Max-Planck-Zentrum fr Physik und Medizin)。