MÀNG SINH HỌC LÀ GÌ, SỰ HÌNH THÀNH, LOẠI BỎ VÀ NHIỀU HƠN NỮA
- Thứ ba - 27/05/2025 04:17
- In ra
- Đóng cửa sổ này
Tác giả : Anna Hernández, MD
Biên tập viên : Alyssa Haag
Biên tập viên : Emily Miao, Tiến sĩ Dược
Biên tập viên : Kelsey LaFayette, DNP
Minh họa : Jessica Reynolds, MS
Biên tập bản thảo : David G. Walker
Đã sửa đổi: 05 thg 2, 2025
Dịch: Hoàng Phương Thảo
Màng sinh học là gì?Biên tập viên : Alyssa Haag
Biên tập viên : Emily Miao, Tiến sĩ Dược
Biên tập viên : Kelsey LaFayette, DNP
Minh họa : Jessica Reynolds, MS
Biên tập bản thảo : David G. Walker
Đã sửa đổi: 05 thg 2, 2025
Dịch: Hoàng Phương Thảo
Màng sinh học là một quần thể vi sinh vật sống, được bao bọc trong một chất nền nhớt, có tác dụng bảo vệ vi sinh vật khỏi các tác nhân gây hại bên ngoài như: khô hạn, kháng sinh hoặc thuốc khử trùng, cũng như hệ thống miễn dịch của vật chủ.
Trong môi trường tự nhiên, vi khuẩn có thể thay đổi giữa hai trạng thái khác nhau, trạng thái trôi nổi hay còn gọi là trạng thái tự do; và trạng thái bám dính hay cố định, nơi vi khuẩn sống trong màng sinh học. Trôi nổi là trạng thái mà các tế bào vi khuẩn hoạt động độc lập như sinh vật phù du ở biển. Trạng thái này thường được mô tả trong sách và là cách phổ biến nhất để nuôi cấy vi khuẩn trong phòng thí nghiệm nhằm kiểm tra độ nhạy cảm với kháng sinh. Tuy nhiên trong tự nhiên, hầu hết vi khuẩn sống cộng đồng được gọi là màng sinh học cho phép hàng nghìn vi khuẩn cùng nhau hoạt động và tồn tại.
Màng sinh học hình thành như thế nào?
Sự hình thành màng sinh học là một vòng tuần hoàn. Nó bắt đầu khi vi khuẩn trôi nổi tự do tiếp xúc và bám vào một bề mặt. Nhiều loại vi khuẩn bám vào các tế bào và bề mặt khác thông qua các cấu trúc giống như sợi lông được gọi là “pili” và “fimbriae”. Sự bám dính ban đầu này thường không bền vững và được hỗ trợ bởi các chất kết dính, là các protein giúp vi khuẩn bám chặt hơn vào bề mặt. Sau khi bám dính, vi khuẩn bắt đầu nhân lên, hình thành một khuẩn lạc. Đồng thời, chúng tiết ra chất nhầy bao gồm các chất polyme ngoại bào (EPS) là các loại đường đa và protein, bảo vệ vi khuẩn khỏi môi trường. So sánh màng sinh học với mứt dâu, hạt dâu sẽ là vi khuẩn và phần còn lại của mứt sẽ là EPS. Khi màng sinh học phát triển, lớp ngoài trở nên khan hiếm chất dinh dưỡng và một số phần của nó bị vỡ ra, cho phép vi khuẩn lây lan đến một khu vực khác, nơi chúng có thể bắt đầu hình thành màng sinh học mới.
Các vi khuẩn trong màng sinh học hoạt động cùng nhau như một quần thể và giao tiếp thông qua các phân tử tín hiệu gọi là các chất tự cảm ứng, được sản xuất để đáp ứng với những thay đổi về mật độ quần thể tế bào. Cơ chế giao tiếp giữa tế bào với tế bào được gọi là “cảm ứng quần thể” và chịu trách nhiệm thúc đẩy biểu hiện của các gen cụ thể cần thiết cho sự phát triển của màng sinh học. Điều đáng ngạc nhiên là những thay đổi di truyền này chỉ xảy ra khi có một lượng lớn vi khuẩn hiện diện, nghĩa là chúng không được biểu hiện khi vi khuẩn ở trạng thái trôi nổi.
Ví dụ về màng sinh học là gì?
Màng sinh học được tìm thấy ở khắp mọi nơi xung quanh chúng ta: trong tự nhiên, tại nhà, trong cơ thể con người và thậm chí trong thực phẩm. Vi khuẩn ưa môi trường ẩm ướt hoặc độ ẩm cao, vì vậy màng sinh học thường được tìm thấy gần nguồn nước. Ví dụ như lớp phủ trơn trượt trên đá gần sông và suối nước nóng, cặn bẩn làm tắc đường ống nước và mảng bám hình thành trên gạch ốp lát phòng tắm hoặc thành bể bơi. Trong môi trường bệnh viện, màng sinh học thường tìm thấy trên bề mặt được tiếp xúc nhiều, chẳng hạn như chai dung dịch sát khuẩn, vòi nước, tay nắm cửa, giường bệnh và hệ thống giám sát. Ở nhà, chúng thường được tìm thấy ở những khu vực ẩm ướt như nhà bếp hoặc phòng tắm, cũng như trong các hệ thống nước sinh hoạt như điều hòa không khí.
Màng sinh học cũng cư trú trên bề mặt niêm mạc như đường hô hấp hoặc đường tiêu hóa, nơi chúng có khả năng thúc đẩy quá trình bệnh lý hoặc bảo vệ khỏi nhiễm trùng. Mảng bám răng là một loại màng sinh học được hình thành từ sự kết dính của vi khuẩn, protein trong nước bọt và tế bào chết từ niêm mạc miệng làm tăng nguy cơ sâu răng . Mặt khác, vi khuẩn hình thành màng sinh học trên đường tiêu hóa bảo vệ ruột bằng cách ngăn ngừa các tác nhân gây bệnh như Clostridium difficile phát triển.
Không phải tất cả các màng sinh học đều có hại. Ví dụ, đất là nơi sinh sống của nhiều loại vi khuẩn và các vi sinh vật khác bám vào rễ cây. Những vi khuẩn này giúp bảo vệ cây khỏi sâu bệnh và hoạt động như phân bón tự nhiên để cải thiện năng suất cây trồng. Điều đáng ngạc nhiên là màng sinh học cũng được sử dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm để thực hiện quá trình lên men tạo nên hương vị độc đáo cho một số loại thực phẩm. Ví dụ bao gồm kombucha, một loại đồ uống trà lên men, ca cao và hạt cà phê.
Màng sinh học ảnh hưởng đến cơ thể con người như thế nào?
Màng sinh học là nguyên nhân cho khoảng 60-80% các trường hợp nhiễm trùng trên cơ thể con người, đặc biệt là những trường hợp liên quan đến việc sử dụng các thiết bị y tế. Các ống thông và thiết bị cấy ghép (ví dụ: máy tạo nhịp tim, van tim nhân tạo, khớp giả) cung cấp bề mặt hoàn hảo cho các loại vi khuẩn cụ thể bám vào và tạo ra màng sinh học. Các ví dụ về vi khuẩn tạo ra màng sinh học bao gồm: Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis, Enterococcus faecalis và Pseudomonas aeruginosa,...
Một ví dụ phổ biến về nhiễm trùng do màng sinh học là nhiễm trùng đường tiết niệu liên quan đến ống thông (CAUTI) xảy ra ở những người có đặt thông tiểu lưu. Những người có van tim nhân tạo có nguy cơ mắc viêm nội tâm mạc nhiễm khuẩn, một bệnh nhiễm trùng ở màng trong tim. Tương tự như vậy, vi khuẩn có thể làm bẩn ống nội khí quản ở những người thở máy, khiến họ có nguy cơ mắc viêm phổi liên quan đến máy thở.
Ngoài các bệnh nhiễm trùng liên quan đến cấy ghép, màng sinh học còn gây ra nhiều bệnh nhiễm trùng khó điều trị, bao gồm các bệnh nhiễm trùng đường hô hấp tái phát ở những người bị xơ nang, viêm xoang mãn tính, viêm tai giữa, nhiễm trùng da và vết thương, viêm tủy xương.
Làm thế nào để loại bỏ màng sinh học có hại?
Các phương pháp để loại bỏ màng sinh học bao gồm kháng sinh, phương pháp cơ học và gần đây có các tác nhân mới nhằm ức chế sự hình thành màng sinh học.
Khi nhiễm trùng liên quan đến các thiết bị y tế, một biện pháp phổ biến là thay thế bằng thiết bị mới. Bề mặt thiết bị y tế cũng có thể được xử lý bằng các chất diệt khuẩn hoặc kìm khuẩn để ngăn vi khuẩn bám dính. Ví dụ, có thể dùng Vancomycin khi cấy ghép các vật liệu kim loại như khớp háng hoặc khớp gối nhân tạo nhằm ngăn ngừa nhiễm trùng khớp. Kháng sinh này có thể giúp tiêu diệt các vi khuẩn Gram dương, thường là nguyên nhân chính tạo nên màng sinh học. Lưu ý rằng màng sinh học có thể khó loại bỏ do lớp nhầy bảo vệ dính chắc bao quanh vi khuẩn. Ngoài ra, vi khuẩn trong màng sinh học có khả năng kháng kháng sinh cao hơn khoảng 100-1000 lần so với trạng thái tự do. Điều này có nghĩa là các loại kháng sinh thường dùng có thể không hiệu quả trong điều trị nhiễm trùng do màng sinh học gây ra.
Các chuyên gia nha khoa khuyên bạn nên đánh răng bằng bàn chải lông mềm 2 đến 3 lần một ngày trong ít nhất hai phút để ngăn ngừa mảng bám trên răng. Chỉ đánh răng không thể loại bỏ hết mảng bám, vì mảng bám có thể tích tụ ở những vùng khó tiếp cận như giữa các răng, viền nướu. Do đó, dùng chỉ nha khoa hàng ngày và vệ sinh răng miệng chuyên nghiệp 6 đến 12 tháng một lần có thể giúp loại bỏ mảng bám cứng đầu, đảm bảo sức khỏe răng miệng.
Để giải quyết vấn đề kháng kháng sinh, các nhà nghiên cứu đang đưa ra các chiến lược mới để ức chế sự hình thành màng sinh học. Một trong những cơ chế được đề xuất là ngăn chặn khả năng truyền tín hiệu (quorum-sensing), do đó ngăn vi khuẩn giao tiếp với nhau. Một chiến lược khác là sử dụng các enzyme phân hủy màng sinh học, khiến vi khuẩn nhạy cảm hơn với kháng sinh và hệ thống miễn dịch của vật chủ.
Những thông tin quan trọng cần biết về màng sinh học là gì?
Màng sinh học là một quần thể vi sinh vật sống, được bao bọc trong một chất nền nhớt, giúp bảo vệ chúng khỏi các yếu tố bất lợi từ môi trường. Sự hình thành màng sinh học là một vòng tuần hoàn: sự bám dính của các vi khuẩn trạng thái tự do vào bề mặt, phát triển thành khuẩn lạc, tiết ra chất nhầy polyme ngoại bào và sự phân tán, cho phép vi khuẩn lây lan và đến các bề mặt mới. Người ta cho rằng màng sinh học gây ra khoảng 60-80% bệnh nhiễm trùng do vi khuẩn, đặc biệt những trường hợp liên quan đến thiết bị y tế (ví dụ: ống thông, dụng cụ chỉnh hình, thiết bị cấy ghép). Việc loại bỏ màng sinh học có thể khó khăn do khả năng dính và bảo vệ của nó. Thuốc kháng sinh, chất khử trùng và các phương pháp loại bỏ cơ học thường được sử dụng để loại bỏ màng sinh học và điều trị nhiễm trùng liên quan.
Sự hình thành màng sinh học là một vòng tuần hoàn. Nó bắt đầu khi vi khuẩn trôi nổi tự do tiếp xúc và bám vào một bề mặt. Nhiều loại vi khuẩn bám vào các tế bào và bề mặt khác thông qua các cấu trúc giống như sợi lông được gọi là “pili” và “fimbriae”. Sự bám dính ban đầu này thường không bền vững và được hỗ trợ bởi các chất kết dính, là các protein giúp vi khuẩn bám chặt hơn vào bề mặt. Sau khi bám dính, vi khuẩn bắt đầu nhân lên, hình thành một khuẩn lạc. Đồng thời, chúng tiết ra chất nhầy bao gồm các chất polyme ngoại bào (EPS) là các loại đường đa và protein, bảo vệ vi khuẩn khỏi môi trường. So sánh màng sinh học với mứt dâu, hạt dâu sẽ là vi khuẩn và phần còn lại của mứt sẽ là EPS. Khi màng sinh học phát triển, lớp ngoài trở nên khan hiếm chất dinh dưỡng và một số phần của nó bị vỡ ra, cho phép vi khuẩn lây lan đến một khu vực khác, nơi chúng có thể bắt đầu hình thành màng sinh học mới.
Các vi khuẩn trong màng sinh học hoạt động cùng nhau như một quần thể và giao tiếp thông qua các phân tử tín hiệu gọi là các chất tự cảm ứng, được sản xuất để đáp ứng với những thay đổi về mật độ quần thể tế bào. Cơ chế giao tiếp giữa tế bào với tế bào được gọi là “cảm ứng quần thể” và chịu trách nhiệm thúc đẩy biểu hiện của các gen cụ thể cần thiết cho sự phát triển của màng sinh học. Điều đáng ngạc nhiên là những thay đổi di truyền này chỉ xảy ra khi có một lượng lớn vi khuẩn hiện diện, nghĩa là chúng không được biểu hiện khi vi khuẩn ở trạng thái trôi nổi.
Ví dụ về màng sinh học là gì?
Màng sinh học được tìm thấy ở khắp mọi nơi xung quanh chúng ta: trong tự nhiên, tại nhà, trong cơ thể con người và thậm chí trong thực phẩm. Vi khuẩn ưa môi trường ẩm ướt hoặc độ ẩm cao, vì vậy màng sinh học thường được tìm thấy gần nguồn nước. Ví dụ như lớp phủ trơn trượt trên đá gần sông và suối nước nóng, cặn bẩn làm tắc đường ống nước và mảng bám hình thành trên gạch ốp lát phòng tắm hoặc thành bể bơi. Trong môi trường bệnh viện, màng sinh học thường tìm thấy trên bề mặt được tiếp xúc nhiều, chẳng hạn như chai dung dịch sát khuẩn, vòi nước, tay nắm cửa, giường bệnh và hệ thống giám sát. Ở nhà, chúng thường được tìm thấy ở những khu vực ẩm ướt như nhà bếp hoặc phòng tắm, cũng như trong các hệ thống nước sinh hoạt như điều hòa không khí.
Màng sinh học cũng cư trú trên bề mặt niêm mạc như đường hô hấp hoặc đường tiêu hóa, nơi chúng có khả năng thúc đẩy quá trình bệnh lý hoặc bảo vệ khỏi nhiễm trùng. Mảng bám răng là một loại màng sinh học được hình thành từ sự kết dính của vi khuẩn, protein trong nước bọt và tế bào chết từ niêm mạc miệng làm tăng nguy cơ sâu răng . Mặt khác, vi khuẩn hình thành màng sinh học trên đường tiêu hóa bảo vệ ruột bằng cách ngăn ngừa các tác nhân gây bệnh như Clostridium difficile phát triển.
Không phải tất cả các màng sinh học đều có hại. Ví dụ, đất là nơi sinh sống của nhiều loại vi khuẩn và các vi sinh vật khác bám vào rễ cây. Những vi khuẩn này giúp bảo vệ cây khỏi sâu bệnh và hoạt động như phân bón tự nhiên để cải thiện năng suất cây trồng. Điều đáng ngạc nhiên là màng sinh học cũng được sử dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm để thực hiện quá trình lên men tạo nên hương vị độc đáo cho một số loại thực phẩm. Ví dụ bao gồm kombucha, một loại đồ uống trà lên men, ca cao và hạt cà phê.
Màng sinh học ảnh hưởng đến cơ thể con người như thế nào?
Màng sinh học là nguyên nhân cho khoảng 60-80% các trường hợp nhiễm trùng trên cơ thể con người, đặc biệt là những trường hợp liên quan đến việc sử dụng các thiết bị y tế. Các ống thông và thiết bị cấy ghép (ví dụ: máy tạo nhịp tim, van tim nhân tạo, khớp giả) cung cấp bề mặt hoàn hảo cho các loại vi khuẩn cụ thể bám vào và tạo ra màng sinh học. Các ví dụ về vi khuẩn tạo ra màng sinh học bao gồm: Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis, Enterococcus faecalis và Pseudomonas aeruginosa,...
Một ví dụ phổ biến về nhiễm trùng do màng sinh học là nhiễm trùng đường tiết niệu liên quan đến ống thông (CAUTI) xảy ra ở những người có đặt thông tiểu lưu. Những người có van tim nhân tạo có nguy cơ mắc viêm nội tâm mạc nhiễm khuẩn, một bệnh nhiễm trùng ở màng trong tim. Tương tự như vậy, vi khuẩn có thể làm bẩn ống nội khí quản ở những người thở máy, khiến họ có nguy cơ mắc viêm phổi liên quan đến máy thở.
Ngoài các bệnh nhiễm trùng liên quan đến cấy ghép, màng sinh học còn gây ra nhiều bệnh nhiễm trùng khó điều trị, bao gồm các bệnh nhiễm trùng đường hô hấp tái phát ở những người bị xơ nang, viêm xoang mãn tính, viêm tai giữa, nhiễm trùng da và vết thương, viêm tủy xương.
Làm thế nào để loại bỏ màng sinh học có hại?
Các phương pháp để loại bỏ màng sinh học bao gồm kháng sinh, phương pháp cơ học và gần đây có các tác nhân mới nhằm ức chế sự hình thành màng sinh học.
Khi nhiễm trùng liên quan đến các thiết bị y tế, một biện pháp phổ biến là thay thế bằng thiết bị mới. Bề mặt thiết bị y tế cũng có thể được xử lý bằng các chất diệt khuẩn hoặc kìm khuẩn để ngăn vi khuẩn bám dính. Ví dụ, có thể dùng Vancomycin khi cấy ghép các vật liệu kim loại như khớp háng hoặc khớp gối nhân tạo nhằm ngăn ngừa nhiễm trùng khớp. Kháng sinh này có thể giúp tiêu diệt các vi khuẩn Gram dương, thường là nguyên nhân chính tạo nên màng sinh học. Lưu ý rằng màng sinh học có thể khó loại bỏ do lớp nhầy bảo vệ dính chắc bao quanh vi khuẩn. Ngoài ra, vi khuẩn trong màng sinh học có khả năng kháng kháng sinh cao hơn khoảng 100-1000 lần so với trạng thái tự do. Điều này có nghĩa là các loại kháng sinh thường dùng có thể không hiệu quả trong điều trị nhiễm trùng do màng sinh học gây ra.
Các chuyên gia nha khoa khuyên bạn nên đánh răng bằng bàn chải lông mềm 2 đến 3 lần một ngày trong ít nhất hai phút để ngăn ngừa mảng bám trên răng. Chỉ đánh răng không thể loại bỏ hết mảng bám, vì mảng bám có thể tích tụ ở những vùng khó tiếp cận như giữa các răng, viền nướu. Do đó, dùng chỉ nha khoa hàng ngày và vệ sinh răng miệng chuyên nghiệp 6 đến 12 tháng một lần có thể giúp loại bỏ mảng bám cứng đầu, đảm bảo sức khỏe răng miệng.
Để giải quyết vấn đề kháng kháng sinh, các nhà nghiên cứu đang đưa ra các chiến lược mới để ức chế sự hình thành màng sinh học. Một trong những cơ chế được đề xuất là ngăn chặn khả năng truyền tín hiệu (quorum-sensing), do đó ngăn vi khuẩn giao tiếp với nhau. Một chiến lược khác là sử dụng các enzyme phân hủy màng sinh học, khiến vi khuẩn nhạy cảm hơn với kháng sinh và hệ thống miễn dịch của vật chủ.
Những thông tin quan trọng cần biết về màng sinh học là gì?
Màng sinh học là một quần thể vi sinh vật sống, được bao bọc trong một chất nền nhớt, giúp bảo vệ chúng khỏi các yếu tố bất lợi từ môi trường. Sự hình thành màng sinh học là một vòng tuần hoàn: sự bám dính của các vi khuẩn trạng thái tự do vào bề mặt, phát triển thành khuẩn lạc, tiết ra chất nhầy polyme ngoại bào và sự phân tán, cho phép vi khuẩn lây lan và đến các bề mặt mới. Người ta cho rằng màng sinh học gây ra khoảng 60-80% bệnh nhiễm trùng do vi khuẩn, đặc biệt những trường hợp liên quan đến thiết bị y tế (ví dụ: ống thông, dụng cụ chỉnh hình, thiết bị cấy ghép). Việc loại bỏ màng sinh học có thể khó khăn do khả năng dính và bảo vệ của nó. Thuốc kháng sinh, chất khử trùng và các phương pháp loại bỏ cơ học thường được sử dụng để loại bỏ màng sinh học và điều trị nhiễm trùng liên quan.