趋磁细菌磁小体与磁小体形成蛋白的应用

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1、趋磁细菌磁小体与磁小体形成蛋白的应用魏静怡生命科学学院1400012136摘要：趋磁细菌的磁小体因其优良的性质，具有很大的合成和应用价值。本文在介绍趋磁细菌和磁小体形成的基础上，重点研究磁小体和类磁小体纳米颗粒的合成。由于趋磁细菌直接培养与合成磁小体的障碍颇多，所以文章转向研究磁小体合成相关的蛋白研究，并重点考察了Mms6蛋白，对其在体外的矿化作用与合成的单分散纳米磁颗粒(MNP)的性质进行了探索。此外，文章还研究了Mms6蛋口合成MNP的方法，确定了较优的反应条件，具有良好的前景。关键词：趋磁细菌磁小体Mms6MNP1.趋磁细菌与磁

2、小体1.1趋磁细菌趋磁细菌(magnetotacticbacteria,MTB)是一类胞内含有可感应磁场的磁小体，在鞭毛的辅助下可沿磁场运动的革兰氏阴性细菌。这类微生物分布很广，常见于氧化还原过渡界面附近，在酸性环境、海底、热泉等特殊环境也有发现。系统发育分析表明，这类菌主要属于ProteobacteriafJ的a、6亚属。自养菌可以通过氧化铁等无机物获得能量，异养菌可以从酒石酸等有机酸中获得能量。1.2磁小体的性质磁小体(magnetosome,MS)是指趋磁细菌细胞内生成的由膜包围的磁性颗粒。每个趋磁细菌细胞内可包含有：L条至多条

3、磁小体链，位置靠近细胞壁，一般沿细胞的长轴方向分布。磁小体大小一般35-120nm>强磁性、由生物膜包被、具有单磁畴、呈有序链状排列于胞内。磁小体主要成分是Fe3O4(magnetite)或Fe3S4(greigite),形态有八面体、立方体、棱柱体、球状体、牙齿状和子弹状等。1.3磁小体的优点与应用磁小体与一般人造磁性纳米颗粒相比有许多优点：（1）有生物膜包被,且处于超顺磁性范围，不易聚集，具有良好的分散性；（2）磁小体膜上带有大量生物活性基团，可用于与其他分子的共价连接，口连接其他分子后可方便地通过外加磁场分离纯化；（3）载药磁小

4、体在体内通过降解磁小体外膜的方式即可实现药物的释放；（4）生物来源使其具有良好的生物相容性和安全性。所以，磁小体在多个领域有潜在的应用价值。如细胞分离、核酸提取与分离、核酸特异识别、磁介导热疗、药物靶向传送、生物分子载体、磁性探针、医学成像和环境重金属处理等领域。尤其值得注意的是磁小体在信息存储中的应用一一因为磁小体具有超微性（纳米级）均匀性和无毒性，可生产品位高的磁性生物材料,可以进行高清晰、高保真的大容量超高密度磁记录材料的开发。1.趋磁细菌合成磁小体的研究与主要障碍磁小体具有极高的应用价值，故而利用趋磁细菌直接合成磁小体是一个自

5、然的想法。事实上，有不少研究者已进行了趋磁细菌性质的探索与应用（如表1）。但是很少有大规模牛产和商业化应用的实例°这主要由以下原因造成：（1）生长条件苛刻由于趋磁细菌主要在氧化还原过渡界而附近，所以它们的生长需要特殊的氧化物与还原性物质的浓度梯度。大多数趋磁细菌是厌氧的，少数趋磁细菌能在较低的氧气浓度（10%-12%）条件下生存，但氧气浓度太高或太低都会影响其生存,为实验室大量培养造成了困难。（2）磁小体的合成影响因素较多研究表明，营养物质（铁离子浓度，碳含量）和氧气浓度都会影响磁小体的产量，甚至是磁小体的大小。这就为大规模统一生产磁

6、小体造成了很大障碍。（3）生物安全使用细菌进行磁小体生产并从其体内提取磁小体，可能携带有生物膜，蛋白质，核酸等污染，这在医药中可能引起很大问题。表1、趋磁细菌相关研究成果直接利用趋磁细菌合成磁小体受到阻碍时，下一步就是研究磁小体合成中相关基因，试图找到重要的可以在其它工程菌中表达的基因，进行大规模生产。SNII(2D(MRI>17typeRrfcrmccSufhtYri^nei■(2OOI

7、U>>etal0007)K.jmreial(2OM

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12、^>kaxKXMJBal(201H1.磁小体合成与Mms6蛋白3.1磁小体的合成与相关基因趋磁细菌基因组上有一段特殊的区域一“磁小体岛”，该基因岛与磁小体的合成密切相关，负责细胞质膜内陷成为磁小体囊泡、磁小体蛋口的定位、

13、磁小体排列成链、磁铁矿的牛•物矿化等步骤，每个步骤分別有独立的基因控制。研究表明,MagA有助于趋磁细菌从外界环境中吸收铁,膜蛋白MamB,MamQ,Maml和MannL在细胞质膜内陷成为磁小体囊泡的过程中发挥作用，磁小