Biofilms are communities of sessile microbes that are bound to each other by a matrix made of biopolymers and proteins. Spatial structure is present in biofilms on many lengthscales. These range from the nanometer scale of molecular motifs to the hundred-micron scale of multicellular aggregates. Spatial structure is a physical property that impacts the biology of biofilms in many ways. The molecular structure of matrix components controls their interaction with each other (thereby impacting biofilm mechanics) and with diffusing molecules such as antibiotics and immune factors (thereby impacting antibiotic tolerance and evasion of the immune system). The size and structure of multicellular aggregates, combined with microbial consumption of growth substrate, give rise to differentiated microenvironments with different patterns of metabolism and gene expression. Spatial association of more than one species can benefit one or both species, while distances between species can both determine and result from the transport of diffusible factors between species. Thus, a widespread theme in the biological importance of spatial structure in biofilms is the effect of structure on transport. We survey what is known about this and other effects of spatial structure in biofilms, from molecules up to multispecies ecosystems. We conclude with an overview of what experimental approaches have been developed to control spatial structure in biofilms and how these and other experiments can be complemented with computational work.

中文翻译：

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从分子到多物种生态系统：细菌生物膜中结构的作用。

生物膜是无柄微生物的群落，它们由由生物聚合物和蛋白质制成的基质相互结合。空间结构以许多长度尺度存在于生物膜中。这些范围从分子基序的纳米级到多细胞聚集体的百微米级。空间结构是一种从许多方面影响生物膜生物学的物理性质。基质成分的分子结构控制它们彼此之间的相互作用（从而影响生物膜力学）以及与扩散分子（例如抗生素和免疫因子）的相互作用（从而影响抗生素的耐受性和免疫系统逃逸）。多细胞聚集体的大小和结构，加上生长基质的微生物消耗，导致具有不同代谢和基因表达方式的差异化微环境。一个以上物种的空间关联可以使一个或两个物种受益，而物种之间的距离既可以确定物种之间的扩散因子，又可以由它们之间的迁移决定。因此，生物膜中空间结构生物学重要性的一个广泛主题是结构对运输的影响。我们调查了有关从分子到多物种生态系统的生物膜空间结构的这种和其他影响的已知信息。最后，我们概述了已开发出哪些实验方法来控制生物膜中的空间结构，以及如何通过计算工作对这些实验和其他实验进行补充。物种之间的距离既可以决定物种之间的扩散因子的传递，又可以由它们之间的传递决定。因此，生物膜中空间结构生物学重要性的一个广泛主题是结构对运输的影响。我们调查了有关从分子到多物种生态系统的生物膜空间结构的这种和其他影响的已知信息。最后，我们概述了已开发出哪些实验方法来控制生物膜中的空间结构，以及如何通过计算工作对这些实验和其他实验进行补充。物种之间的距离既可以决定物种之间的扩散因子的传递，又可以由它们之间的传递决定。因此，生物膜中空间结构生物学重要性的一个广泛主题是结构对运输的影响。我们调查了有关从分子到多物种生态系统的生物膜空间结构的这种和其他影响的已知信息。最后，我们概述了已开发出哪些实验方法来控制生物膜中的空间结构，以及如何通过计算工作对这些实验和其他实验进行补充。我们调查了有关从分子到多物种生态系统的生物膜空间结构的这种和其他影响的已知信息。最后，我们概述了已开发出哪些实验方法来控制生物膜中的空间结构，以及如何通过计算工作对这些实验和其他实验进行补充。我们调查了有关从分子到多物种生态系统的生物膜空间结构的这种和其他影响的已知信息。最后，我们概述了已开发出哪些实验方法来控制生物膜中的空间结构，以及如何通过计算工作来对这些实验和其他实验进行补充。