细菌磁小体的修饰及其在病原物检测中的应用

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1、生物物理学报2010年8月第26卷第8期:680-690综述/MiniReviewwww.cjb.org.cnACTABIOPHYSICASINICA2010Vol.26No.8:680-690细菌磁小体的修饰及其在病原物检测中的应用李爱华1,唐涛1,张惠媛2,汪琦2,田杰生1,李颖11.中国农业大学生物学院，农业生物技术国家重点实验室，北京100193；2.北京出入境检验检疫局食品安全检测中心，北京100026收稿日期：2010-03-10；接受日期：2010-07-14基金项目：国家高技术研究与发展项目(863项目)(2007AA

2、021805)通讯作者：田杰生，电话：(010)62731440，E-mail：tianhome@cau.edu.cn摘要：趋磁细菌可以在细胞内合成Fe3O4或F3S4颗粒，称为磁小体。磁小体粒径为纳米级，晶形稳定，有质膜包被，在免疫检测、临床诊断、靶向治疗、污水处理等方面均有很好的应用前景。文章主要介绍采用化学法和生物法对磁小体进行修饰，并利用修饰后的磁小体对病原物进行免疫磁性分离、前期诊断和痕量检测的方法。关键词：磁小体；磁小体-抗体复合物；免疫磁性分离；免疫检测中图分类号：Q939.990引言趋磁细菌的发现引起了人们对生物趋磁现

3、象的关注[1,2]，目前已从自然界中分离到了多种趋磁细菌。这类细菌在细胞内合成Fe3O4或F3S4纳米磁性颗粒，被称为磁小体[3]。趋磁细菌因有磁小体而能够感知地磁场，以确定其所在的方位。磁小体(magnetosome)的合成是在胞内的一种泡囊中完成的，并受到严格的生物调控，其晶型稳定、颗粒均一。目前，磁小体已经成为生物学、磁学、化学、地质学、物理学等各领域的研究热点之一。其中，尤以磁小体在病原物的免疫磁性分离、检测、早期诊断等方面的应用研究最多。1磁小体的特征磁小体在趋磁细菌体内呈链状排列(图1A)，具有磁导向作用。其主要成分是Fe

4、3O4或FeS[6～8]。它们大小均一，晶型稳定[9]，直径约35～120nm[10]，该尺寸范围决定了磁小体具34有单磁畴、顺磁性的特点[11]。磁小体的另一个显著的特点是其外部包被着双层质膜[12]，图1B为纯净磁小体扫描电镜照片，可见每个颗粒具有完整的外膜。电镜观察发现，不同的趋磁细菌合成的磁小体形态各异，有八面体、六面体、棱片状、子弹头等多种形态[4,5](图1C)。磁小体外膜的主要成分与细胞质膜类似，是磷脂酰乙醇胺[13]，膜上存在着大量的氨基和羟基[14,15]。人们利用这些基团，在磁小体上偶联蛋白、寡肽、药物、酶及荧光染

5、料，构建680李爱华等：细菌磁小体的修饰及其在病原物检测中的应用综述/MiniReview了多种复合物，并进一步探索了这些复合物在病原物检测、基因转染、细胞分离、核酸提取、靶向治疗及磁共振成像等多方面的应用[16～21]。(A)(B)图1(A)趋磁细菌MSR-1中的磁小体；(B)MSR-1的磁小体扫描电镜照片，其外有完整的膜包被；(C)多种磁小体的晶型及胞外结构，其晶体形态包括立方八面体(a)、长棱柱体(b，d)、子弹头状(c)，磁小体在体内呈单链(a，b，c)或者多链排列(d)(标尺为500nm100nm)(图1C引自参考文献[5]

6、)(C)Fig.1(A)MagnetosomeinamagnetotacticabbacteriumMagnetospirillumgryphiswaldenseMSR-1;(B)ScanningelectronmicrographofmagnetosomefromM.gryphiswaldenseMSR-1bySEM;(C)Electronmicrographsofcrystalmorphologiesandintra-cellularorganizationofmagnetosomesfoundinvariousmagnetota

7、cticbacteria,shapesofmagneticcdcrystalsincludecubo-octahedral(a),elongatedhexagonalprismatic(b,d)andbullet-shapedmorphologies(c),theparticlesarearrangedinone(a,b,c)ormultiplechains(d).(Barequivalentto100nm)[5]2磁小体的修饰1976年，挪威学者JohnUgelstad首次研制了磁性微球。上世纪80年代初，他提出了免疫磁性分离(im

8、munomagneticseparation，IMS)的概念，其基本原理是将抗体偶连在磁性微球上，利用抗体特异性地捕获目标物，并通过磁性吸附将其从样品中分离出来，从而进行收集或检测。此后，这项技术在临床诊断、病原物或毒素