科学家揭开趋磁细菌合成纳米磁体机制
趋磁细菌研究进展
趋磁细菌研究进展江淼;马胜伟;吴洽儿【摘要】趋磁细菌作为一种新型的生物资源,一经发现便引起关注,近年来更成为微生物研究的热点之一.其在生物学、生态学、地质学等多个学科具有重要的理论依据和实际应用价值,随着科技的不断进步,已在医疗、环保、污水治理等多个领域得到应用.主要介绍了趋磁细菌的分布、特性、磁小体以及应用范围,并对趋磁细菌生态学研究进行展望.%As a new kind of biological resources, magnetotactic bacteriuma has become one of the hotspots in microbial research. It has important theoretical basis and practical application value in many disciplines such as biology, ecology and geology. With the con-tinuous progress of science and technology, it has been applied in many fields such as medical care, environmental protection and sew-age treatment. This paper mainly introduces the distribution, characteristics, magnetosomes and application range of magnetotactic bac-teria, and prospects the study of magnetotactic bacteria ecology.【期刊名称】《生物学杂志》【年(卷),期】2017(034)005【总页数】5页(P93-97)【关键词】趋磁细菌;磁小体;研究进展【作者】江淼;马胜伟;吴洽儿【作者单位】中国水产科学研究院南海水产研究所农业部外海渔业开发重点实验室,广东 510300;中国水产科学研究院南海水产研究所农业部外海渔业开发重点实验室,广东 510300;中国水产科学研究院南海水产研究所农业部外海渔业开发重点实验室,广东 510300【正文语种】中文【中图分类】Q939.1Abstract As a new kind of biological resources, magnetotactic bacteriuma has become one of the hotspots in microbial research. It has important theoretical basis and practical application value in many disciplines such as biology, ecology and geology. With the continuous progress of science and technology, it has been applied in many fields such as medical care, environmental protection and sewage treatment.This paper mainly introduces the distribution, characteristics, magnetosomes and application range of magnetotactic bacteria, and prospects the study of magnetotactic bacteria ecology.Keywords magnetotactic bacteria; magnetosome; research progress趋磁细菌(Magnetotactic bacteira) 是一种在外磁场的作用下能作定向运动并在体内形成纳米磁性颗粒——磁小体(Magnetosome)的细菌，最早是美国生物科学家布雷克·莫尔(Richard P. Blakemore)[1]在研究大西洋的海泥螺旋体中发现的。
61磁现象与磁场同步练习(Word版含解析)
粤教版（2019）必修三 6.1 磁现象与磁场一、单选题1．下列关于磁场的磁感线的说法中正确的是（）A．磁感线的疏密程度表示磁场的强弱B．磁感线是真实存在的C．磁感线是非闭合的曲线D．两条磁感线可以相交2．如图所示，将一根刨光的圆木柱固定在一个木制的圆盘底座C上，将两个内径略大于圆木柱直径、质量均为m的磁环A、B套在圆木柱上，且同名磁极相对，结果磁环A悬浮后静止。
已知重力加速度为g。
这时磁环B对底座C的压力F N的大小为（）A．F N=mg B．F N=2mgC．F N>2mg D．mg<F N<2mg3．在物理学发展历程中，一些科学研究成果极大地推动了人类文明的进程。
下列叙述中不符合史实的是（）A．欧姆通过实验研究了导体两端电压与电流的定量关系，并总结出欧姆定律B．法拉第发现了磁能生电的现象，并发明了人类的第一台直流发电机C．密里根通过油滴实验，第一次比较精确的测定了元电荷e的数值D．奥斯特根据环形电流的磁场和小磁针的磁场的相似性，提出了分子电流假说4．下列关于磁场的说法，正确的是（）A．磁场和电场一样，是客观存在的特殊物质B．磁体与磁体之间是直接发生作用的C．磁场是为了解释磁极间相互作用而人为规定的D．磁场只能由磁体产生，电流不能产生磁场5．关于磁场和磁感线的描述，下列说法正确的是（）A．沿磁感线方向，磁场逐渐减弱B．磁感线的疏密程度反映磁场的强弱C．磁感线总是从N极出发，到S极终止D．磁场的方向就是通电导体在磁场中某点受到磁场作用力的方向6．关于磁感线的描述，正确的是（）A．沿磁感线的方向，磁场逐渐减弱B．磁铁周围的磁感线有可能相交C．磁感线疏密程度可以表示磁场强弱D．磁铁周围小铁屑有规则的排列，说明磁感线是真实存在的7．关于磁场、磁感线和电场线，下列说法正确的是（）A．磁感线是闭合曲线，而电场线不是闭合曲线B．磁感线和电场线都是相互平行的C．地磁场的磁感线起于地理北极附近，终止于地理南极附近D．磁感线和电场线都是真实存在的8．英国物理学家法拉第提出了“电场”和“磁场”的概念，并引入电场线和磁感线来描述电场和磁场，为经典电磁学理论的建立奠定了基础。
趋磁细菌磁小体合成相关蛋白的研究进展
趋磁细菌磁小体合成相关蛋白的研究进展徐争辉;陈奇;韩秀英;邵美丽;李峰【摘要】趋磁细菌是一类能够沿着磁场方向运动的革兰氏阴性细菌的总称,其最显著的特征是能够在胞内合成特殊的原核细胞器——磁小体.磁小体是具有外膜包被、纳米级、在胞内成链状排列的Fe3O4或Fe3S4磁性颗粒,并且具有专属的形态、大小和排列.正是因为磁小体的这些特性使不同领域的科研工作者开发着趋磁细菌的应用.另外,磁小体可以作为生物矿化和原核生物形成膜细胞器的理想模型.趋磁细菌磁小体合成相关蛋白在磁小体囊泡的形成、铁的转运、成晶的控制以及胞内磁性颗粒的排列等过程中发挥作用.文中重点介绍了近年来发现的和趋磁细菌磁小体合成相关的蛋白,并对未来磁小体蛋白的研究进行了展望.%Magnetotactic bacteria are a kind of Gram-negative bacteria with the capability of swimming along geomagnetic field lines, the most distinguished characteristic of the bacteria in common is capable of synthesizing unique prokaryotic organelles-magnetosomes, which are membrane-enveloped, nano-sized crystals of Fe3O4 or Fe3S4 that are aligned in well-ordered intracellular chinas,and have species-specific morphologies , sizes and arrangements. Because of the special properties of these magnetic crystals, magnetotactic bacteria have been exploited for a variety of applications in diverse disciplines from geobiology to biotechnology. In addition, magnetosomes have served as a powerful model system for the study of biomineralization and prokaryotic organelles. The proteins associated with the formation of magnetosomes have functions in vesicle formation,magnetosomal iron transport,and the control of crystallization and intracellular arrangement ofmagnetite particles. The proteins associated with the formation of magnetosomes are discussed especially and the future research perspectives of magnetosomes' proteins are also proposed.【期刊名称】《安徽农业科学》【年(卷),期】2012(040)001【总页数】4页(P32-35)【关键词】趋磁细菌;磁小体;相关蛋白【作者】徐争辉;陈奇;韩秀英;邵美丽;李峰【作者单位】淮北师范大学生命科学学院资源植物学安徽省重点实验室,安徽淮北235000;淮北师范大学生命科学学院资源植物学安徽省重点实验室,安徽淮北235000;淮北师范大学生命科学学院资源植物学安徽省重点实验室,安徽淮北235000;淮北师范大学生命科学学院资源植物学安徽省重点实验室,安徽淮北235000;淮北师范大学生命科学学院资源植物学安徽省重点实验室,安徽淮北235000【正文语种】中文【中图分类】S188自从1975年 Blakemore［1］发现趋磁细菌(Magnetotactic bacteria，MTB)以来，趋磁细菌越来越受到人们的关注和研究。
地磁场与生物的磁感应现象
地磁场与生物的磁感应现象朱晓璐;王江云【摘要】Many living things have an internal compass which can get the information of orientation from geomagnetism as well as people using a real compass. We start from the generation of magnetism, and then introduce the property of geomagnetism and biological magnetic induction. Birds having migratory behavior are the kinds of Vertebrata which has firstly been found to have a remarkable ability of perceiving the Earth’s magnetic field. Research results show that, migratory birds can perceive and remember the magnetic features of the place they have ever been and get route direction from them. In addition, some of the avian compass have a dependence on blue light, and may be disrupted by anomalous magnetic field. Such phenomenon can be explained by two prevalent modes of magneto-reception, the magnetite-based magneto-reception and chemical magneto-reception, either or both of them could be found in organisms that have the so-called sixth sensation. Many other creatures, including human beings, have the same kind of magneto-receptors as well. However, not all of them use the sixth sensation as a visual or auditory aid, during the long term evolution this ability may be disappeared or replaced by something else. This review also focuses on progress in biological magnetic phenomena and biological perspective of hypo-magnetic field;they are expected to elicit more amazing results.%两千多年前，人类发明了指南针用于辨别方向；而如今科学家们发现，很多动物也能利用体内的生物指南针感应磁场。
趋磁细菌磁小体与磁小体形成蛋白的应用
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蛋白合成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Mms6 MNP1．趋磁细菌与磁小体1.1 趋磁细菌趋磁细菌（magnetotactic bacteria，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Proteobacteria 门的α、γ、δ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1 条至多条磁小体链, 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35-120 nm、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，且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。
趋磁细菌概述及应用进展_贺丹
的载体应用于肿瘤的靶向诊治； 通过对磁小体表 面的脂膜加以修饰从而固定某些细胞（如绵羊红 细胞、人体白细胞等），使细胞具有趋磁性并可进 行 磁 分 离 ； 通 过 酶 、 抗 体 、 糖 化 血 红 蛋 白 （HbAlc） 等大分子物质与细菌磁颗粒的连接应用于生物传 感技术的研究以及临床检测； 根据趋磁细菌磁性 纳米颗粒在交变磁场的作用下吸收磁场能量产生
2011年 第 46 卷 第 9 期
生物学通报
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趋磁细菌概述及应用进展*
贺 丹 2 宋 娜 玲 1 贺 欣 1**
（1 中 国 医 学 科 学 院 北 京 协 和 医 学 院 放 射 医 学 研 究 所 ， 天 津 市 分 子 核 医 学 重 点 实 验 室 天 津 300192 2 山 东 大 学 威 海 校 区 海 洋 学 院 山 东 威 海 264209 ）
关键词 趋磁细菌 磁小体 应用 中 国 图 书 分 类 号 ：Q939.93；R318 文 献 标 识 码 ：A
1 趋磁细菌的发现研究过程 意 大 利 Pavia 大 学 微 生 物 研 究 所 的 医 学 博 士
Salvatore Bellini 在 1958 年 检 测 水 样 中 的 病 原 菌
趋磁细菌不是分类学上的名词， 它是对体内 含磁性颗粒并表现出趋磁行为的所有细菌的通 称。 通过对目前已分离纯化的一些趋磁细菌菌株 的 16S rDNA 序 列 的 系 统 进 化 分 析 ， 发 现 趋 磁 细 菌 只 存 在 于 Proteobacteria 和 Nitrospira 这 2 个 门 内 ，多 数 位 于 Proteobacteria 门 的 α 亚 纲 和 δ 亚 纲 ， 而 Nitrospira 门 中 只 有 Magnetobacterium bavaricum 一 种 趋 磁 细 菌 的 存 在 ［1］。 在 最 新 版 的 伯 杰 系 统 细 菌 学 手 册 中 ， 趋 磁 细 菌 被 分 别 归 入 Magnetospirillum 和 Magnetobacterium 属 中 。 其 中 对 M. magnetotacticum MS -1、Magnetospiri - llumsp. AMB -1 及 M. gryphiswaldense MSR-1 等 菌 株 的 研 究 较 为 普 遍 与 深 入 ［2］。 2 趋磁细菌的生物特征
趋磁细菌与磁小体讲稿
趋磁细菌的特点
趋磁菌为微好氧菌, 革兰氏染色阴性(G 一) 在北半球分离到的趋磁菌会向地理北极(即
地磁南极S) 游动; 在南半球趋磁菌则趋向地 理南极(即地磁北极N )泳动; 在赤道附近则 既有趋向S极, 也有趋向N 极的.趋磁细菌分 “追南型”、“追北型”和“混和型”。
趋磁细菌和磁小体应用的局限性
尽管趋磁细菌磁小体的生物技术潜能被人 们所认识，但至今没有商业的运用，这主 要与趋磁细菌难以培养及磁小体形成量有 关；
另一个重要原因是人们对趋磁细菌磁小体 生物矿化过程的生物化学和遗传机制（如 细胞基质是如何控制磁小体的成核和增长， 磁小体膜的结构和蛋白组成）了解得不够
趋磁细菌的定义
趋磁细菌（Magnetotactic bacterium）是一 类在外磁场的作用下能作定向运动并在体 内形成纳米磁性颗粒的细菌，其主要分布 于土壤、湖泊和海洋等水底污泥中
趋磁细菌的发现
趋磁细菌是在1975年由勃莱克摩（Richard P. Blakemore）发现的，他发现这些细菌在 显微镜下观察时总是移向载玻片的一边。 如果拿一个磁铁靠近载玻片，细菌就会向 磁铁的N极移动。
或者可能是微生物利用铁的氧化还原反应 过程中产生的一种代谢物的副产品具有磁 性。
也可能是过剩铁的贮藏；另外也可能与菌 体分解过氧化氢的能力有关
不同形态的趋磁细菌
球形、卵形的趋磁细菌
杆形趋磁细菌
螺旋形的趋磁细菌
多细胞聚集体趋磁细菌
磁小体的定义
趋磁细菌在细胞内矿化合成有生物膜包被、纳米 尺寸单磁畴级别晶体磁铁矿（Fe3O4）或胶黄铁 矿（Fe3S4）颗粒，在细胞内多呈链状排列。磁 小体链作为趋磁细菌的“生物磁针”感受地球磁 场或外加磁场，使菌体沿磁场方向定向游弋。磁 小体的合成受到趋磁细菌基因的严格控制，形态 和大小具有菌株特异性，即每种趋磁细菌所合成 的磁小体大小和形态是均一的。
趋磁细菌的磁小体
合成的基因， 构建趋磁工程菌， 进而能通过基因工 程菌的工业发酵生产磁小体材料。经过近 "# 年的 研究， 人们在磁小体形成的分子生物学、 生物化学、 化学和遗传学等研究方面取得了重大进展， 本文对 趋磁细菌的磁小体研究进行了回顾和展望。
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趋磁细菌
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B］ 为两属［ ： 一是以趋磁水螺菌为代表的水螺菌属
趋磁细菌的磁小体颗粒为单磁畴极（ 晶体， (F） 大小均匀、 纳米级 （ ） 、 具有较大的比面 )# E ,)#2@ 值， 颗粒外有生物膜包被， 不产生细胞毒性， 具有极 好的生物相容性， 因此可以作为新一代纳米磁性材 料在磁性材料、 生物工程、 临床医药和废水处理等 许多领域有潜在的不可估量的应用前景 。趋磁 细菌作为一种新的有用的生物资源是近年来研究
表明， 趋磁性作为一个特征或许已经进化几次， 然
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李文兵 等： 趋磁细菌的磁小体
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从微生物学家认识微生物世界论文
从微生物学家认识微生物世界孙梦媛（生物技术三班生命科学学院黑龙江大学哈尔滨 150080）摘要：此文中搜集了中外多位有显赫成就的微生物学家简历。
通过了解他们的生平和事迹，加深了对于微生物学整个发展历史的认识，对以后学习微生物学，运用微生物学技术，从事微生物科研奠定了基础。
同时，微生物学者身上严谨勤奋的研究态度也给我们以新的启迪和思考。
关键词：微生物学家生平事迹杰出贡献Yphylogeny of microbiolog preliminary understandSun Mengyuan(The third class of Biotechnology College of Life Science HeilongjiangUniversity Haerbin150080)Abstract：Collected in this article in a prominent achievements of many foreign microbiologist resume. By understanding the life and deeds of their, deepened throughout the history of microbiology knowledge, learning of microbiology, use microbiological techniques, laid the foundation for scientific research in the microbiological. Then microbiologists who study hard rigorous approach also gives us new inspiration and thinking.Key words：Microbiologist Life Deeds Outstanding Contribution正文：外国微生物学家：赫尔希（Hershey,Alfred Day) 美国微生物学家生平：1908年12月4日生于密执安州奥沃索。
趋磁性细菌的研究与应用现状_代群威
生症.生物磁学,1993;17(3-4):57-589 常汉英,颜平,郭秀英.两种物理因子治疗急性乳腺炎(瘀乳期)120例.第六届全国生物磁学会议论文集, 1995:2110 潘运萍,吴昊,崔豫.磁场疗法治疗急性乳腺炎早期(瘀乳期)30例报告.全国磁疗及磁生物学学术研讨会论文集,1994:4311 薜慕真.磁疗治疗100例乳腺炎.全国磁疗会议资料,198012 周万松.磁疗法的研究与应用进展.生物磁学,2004;4(2):19-2213 杨煜荣.二十几年来我国磁场生物效应研究进展.生物磁学,2003;3(3):14-1514 李国栋.2002-2003年生物磁学新进展.2003;3(4):6-9(收稿日期2004-10-23)趋磁性细菌的研究与应用现状四川省西南科技大学材料科学与工程学院 (621010) 代群威 董发勤四川省绵阳市第四人民医院 (621000) 王 媛 摘要:趋磁性细菌是一类能够沿着磁力线运动的特殊细菌,其细胞内含有对磁场具有敏感性的磁小体,它起了导向的作用。
国内外已对其分离培养、菌体特性、基因遗传等方面进行了大量研究,并探讨了其在传感技术、临床医药、废水处理等多方面的应用,大大推动了人类在生物磁学领域的研究进展。
关键词:趋磁性细菌;磁小体;应用研究 自从美国生物学家布拉克莫尔(Blake more) 1975年首次发现了自然界存在一类奇特的微生物———趋磁性细菌[1],生物磁学的研究就翻开了崭新的一页,以趋磁性细菌为模式生物研究磁场对生物的影响,有助于阐明磁场对生物作用的机理和生物磁导向的本质,促进了生物磁学这门新兴交叉学科的发展。
趋磁性细菌在生长过程中吸收环境中的铁并经矿化作用转变成生物磁铁,这在地球化学上对探讨磁铁矿的成因也有一定的意义[2]。
趋磁性细菌的研究在我国起步较晚,本文主要介绍目前国内外这一领域的研究进展,旨在促进国内此方面工作的开展,以便更好地开发与利用这一新的微生物资源。
趋磁细菌概述
不同区域的趋磁细菌系统进化分析发现趋磁细 菌具有比较明显的生态分布特征,海洋、淡水环境中的趋磁细菌区分明显,近海与大洋的趋磁细菌也有明显的差别.而同为海洋或淡水的环境中,趋磁细菌相似性较高,反映生态环境与趋磁细菌的类型相关 性密切.这些观测都暗示着在长期演化过程中环境条件作为重要的进化压力,促使趋磁细菌向同一方向进化(相似环境形成了相似的趋磁细菌类型)或多方向进化(不同环境形成了的不同趋磁细菌类型),趋磁细菌的起源可能是多源的.[8]
[8]1.刘珺and周培国,趋磁细菌应用于重金属废水处理的研究进展.环境科技, 2008.v.21;No.98(06): p. 60-63+66.
[9]ERD,BAEUERLEINE.DynamicsofironuptakeandFe3O4biominerealizationduringaerobicandmicroaerobicgrowthofMagnetospirillumgryphiswaldense[J].JournalofBacteriology,1998(180):159-162.
参考文献
[1] Blakemore R P. Magnetotactic bacteria[J].Annual Review Microb iology, 1982, 36: 217-238.
[2] Lang C, Schüler D. Expression of green fluorescent protein fused to magnetosome proteins in microaerophilic magnetotactic bacteria [J]. Applied and Environmental Microbiology, 2008, 74 (15): 4944-4953.
2024年中考物理二轮复习重难点题型分类汇编与专项突破(全国通用) 专题45 电磁转换
专题45 电磁转换【五大题型】【题型一磁现象】（2023•福建中考）1．在我国古代的四大发明中，主要应用了磁性材料特性的是（）A．指南针B．火药C．印刷术D．造纸术（2023•常州中考）2．20世纪60年代，美国细菌学家发现趋磁细菌，将磁铁置于细菌附近，细菌向磁铁的N 极运动，如图所示。
由此可见，在海洋中，地磁场将驱使这种细菌运动的方向为（ ）A．由南向北B．由北向南C．由西向东D．由东向西（2023•贵州中考）3．北宋时期沈括在《梦溪笔谈》中记载：“以磁石磨针锋，则能指南”这现象可说明（ ）A．地球存在磁场B．针尖受到重力C．针尖受到浮力D．空气吸引针尖（2023•长沙中考）4．我国是最早用文字记载磁现象的国家之一，下列说法正确的是（ ）A．“慈（磁）石召铁，或引之也”，说明磁石没有磁性B．罗盘周围的磁感线真实存在且可见C．司南静止时指南北是因为受到了地磁场的作用D．鱼形铁被磁化后制成的指南鱼只有一个磁极（2023•泰州中考）5．关于地磁场，下列说法中正确的是（ ）A．磁感线是磁场中真实存在的曲线B．地球周围的地磁场的磁感线是从地磁S极出发回到地磁N极C．教室里水平放置、能自由转动的小磁针静止时N极指向地理南极D．指南针是我国古代四大发明之一，它能指南北是因为受到地磁场的作用（2023•山西中考）6．在班级组织的“自制指南针”活动中，小伟同学用条形磁体将缝衣针磁化后，将其放在水中漂浮的一片树叶上。
多次将树叶轻轻旋转，待树叶静止后，观察到树叶的尖端总是指向南方，如图所示。
下列说法中正确的是（ ）A．树叶尖端指向地磁南极B．指南针的“N”应标注在树叶尖端C．树叶周围存在磁场和磁感线D．若用磁体的N极靠近树叶尖端，会相互吸引（2023•东营中考）7．下列物体：①玻璃棒；②铜片；③铁钉；④塑料尺；⑤铅笔芯；⑥食盐水，其中属于绝缘体的有，能被磁化的有（两空均选填序号）。
（2023•大连中考）8．《论衡》中有关于用布摩擦过的琥珀吸引轻小的干草和天然磁石吸引铁针的记载。
趋磁细菌的磁小体结构相关蛋白研究进展.pdf
!第!"卷!第"期!#$$"年"月趋磁细菌的磁小体结构相关蛋白研究进展"潘卫东!吕!静!陈传芳!宋!涛""中国科学院电工研究所!电磁生物工程研究组!北京&’’’%’!!’’*$’3$’&收稿!!’’"$’&$’3收修改稿!"国家自然科学基金"批准号#)’*"’#’%$和人类前沿科学计划"J X D L $项目()9.68?7?<.<!0@75C .67-7[-R R /.5-C .6760;-5C ?:.-/,-87?C .56:8-7?//?*"N V L ’’)#.!’’($H &’($资助!""通信作者!+$,-./#<678C -6!,-./4.??4-5457摘要!!趋磁细菌的磁小体由双层脂分子包被!膜上含有很多特异性的可溶和跨膜蛋白!在磁小体基质和颗粒间连接中还存在其他结构相关蛋白4趋磁细菌通过对磁小体膜或结构相关蛋白的遗传调控!实现从铁的吸收$氧化和还原)铁氧化体的沉积和成晶)磁小体链的装配和维护等一系列环节!取得了原核细胞中的最高结构水平之一)))膜状细胞器结构4趋磁细菌借助磁小体结构对外界磁场%包括地磁场&信号作出响应亦提供了一个磁感受生物物理机制和地磁生物效应的简单模型4关键词!!趋磁细菌!磁小体!结构相关蛋白!!趋磁细菌是一类具有趋磁性行为的细菌!体内含有由膜包被的纳米磁性颗粒(((磁小体",-87?$C 6<6,?$&&!!’4磁小体多数具有磁铁矿"X ?)a ($性质!少数具有硫铁矿"X ?)D ($性质!通常多个磁小体在菌内排列成链&)(*’4磁性颗粒被认为是一个生物磁罗盘!在地磁场中使趋磁细菌取向!由此简化它们搜寻适合的微好氧环境以利于生长&"(&’’4磁小体中的每一磁铁矿晶体由双层脂分子包被!膜上含有很多特异性的可溶和跨膜蛋白!在铁的吸收-氧化和还原!以及调节磁铁矿结晶等诸多方面发挥作用&#!&&(&#’4据估计!磁小体的膜结合蛋白含量约占整个细胞蛋白总量的’4&f &&*’4从结合方式来看!有些蛋白和磁小体紧密结合并镶嵌在膜上!而另一些则和磁小体松散结合&&#’4就结构组成而言!大部分的磁小体膜蛋白属于几个蛋白家族!包括P L N 蛋白-H M X 蛋白-J C :F 类丝氨酸蛋白酶和趋磁细菌特异蛋白家族!个别蛋白甚至包含共价结合的5型血红素4不过!在其他生物矿化系统中普遍存在的糖蛋白在磁小体中却未被发现&&(!&#!&"(&3’4一般认为!膜状的细胞器结构是真核细胞所特有的!在细菌和古生物中缺乏&!’’4然而!趋磁细菌的磁小体结构因具有真核生物膜状细胞器的明显特点!已成为研究原核生物细胞器生物学的理想模式系统&!&’4在磁小体的复杂结构中!磁小体结构相关蛋白的作用不容忽视4首先!趋磁细菌通过相关蛋白精确控制磁铁矿的生物矿化过程!以使其结晶在单磁畴大小范围内4其次!生长的颗粒通过相关蛋白相互作用正确装配成线形链结构4最后!在磁小体形成后维持链的结构方面相关蛋白也发挥了重要作用&*!&%!&3’4除此之外!从磁感受生物物理机制和地磁生物效应的研究来看!趋磁细菌在地磁场中的取向是完全基于磁小体结构!因为不产磁小体的磁细菌或非磁性突变株对外界磁场作用不反应4由此可见!对磁小体结构"膜$相关蛋白的不断研究和深入探索!不仅能诠释生物矿化过程中大分子的靶向定位和相互作用机制!阐明磁小体和真核生物胞内细胞器之间的进化关系!亦有助于理解原核生物$真核生物磁感受器官的结构演化和功能变换4令人欣慰的是!随着近年来研究的深入和发展!对磁小体(*%结构相关蛋白的组成成分和功能的认识正逐步得以加强4本文对近期有关趋磁细菌的磁小体结构相关蛋白研究进展作一小结!结合我们实验室正在开展的合作研究项目!就其中部分重要结果进行简单的讨论4!!磁小体的膜结合蛋白在磁螺菌8+0"E C F4:*G A!H%:H A D N$&的磁小体膜上至少发现&%种蛋白!除了AA!!和A,<&*外!其余的蛋白都由推测的磁小体合成基因岛中的$G$’;-$G$.B和$$:*基因簇a N X<编码!包括A-,F!A-,9!A-,H!A-,M!A-,+!A-,X! A-,V!A-,\!A-,A!A-,>!A-,a!A-,W! A-,N!A-,D!A-,P和A,<*4其中%种膜蛋白和已知家族有同源性!有些以多重同源物形式存在于磁小体膜上%其他&’种膜蛋白为特异蛋白!只在趋磁细菌中存在!分别是A-,H!A-,M! A-,X!A-,V!A-,\!A-,W!A-,N!A-,D! A-,P和A,<*&&#’4另一方面!在磁螺菌8+$G01 %H542I$FA9$&的磁小体膜上也发现了(%种蛋白!其中%种蛋白为磁小体膜所特有!分别是A,<!(!与磁小体紧密结合的A,<#!A,<*!A,<"! A,<&)!以及A R<F!A,<*"和A,<&*&&%’4由于磁小体的膜结合蛋白较多!本文仅对磁小体合成和装配过程中的部分重要蛋白作一阐述4!"!!&H0!6A,<&*"&*Y@!具V P L酶活性$是8+$G0%H541 2I$FA9$&中表达量最丰富的磁小体相关蛋白!和真核生物中控制萌发囊泡发育和运输的小V P L酶性质相似!推测其参与了磁小体膜囊泡的形成&!!’4该蛋白还和一些细菌的L J9颗粒相关蛋白有微弱的序列相似性4A,<&*在分离的磁小体中存在4然而!A,<&*和深红红螺菌"J F K!K:C4"4A A I$"I L"I$$中的多聚羟丁酸解聚激活蛋白F R[相似程度很高!在体外A,<&*能代替F R[的功能4由此!在磁螺菌中A,<&*的功能可能与磁小体合成无关!在体内其和磁小体膜的相关性有待进一步确定&&"’4!"’!&H06A,<*的分子质量为*Y@!由包含一个信号肽分子的前体转化而来4成熟的A,<*分子在>端含有一个推测为跨膜区的疏水域和在H端含有一个高度酸性的结构域!在分子中部和H端之间还包含酸性氨基酸如赖氨酸-酪氨酸和精氨酸4这些结构特征亦存在于其他与磁小体紧密结合的蛋白A,<#! A,<"和A,<&)中4重组A,<*在M+2K A4中表达!具有铁结合能力4在体外!A,<*能单独促成人造磁结晶的形成4由此可见!A,<*分子对磁小体囊泡内铁氧化物的沉积提供了一个成晶位点&!)’4!"(!&.H I磁螺菌8+0"E C F4:*G A!H%:H A D N$&中的A-,\蛋白由(!*个氨基酸残基组成!其特征是酸性氨基酸含量高"&%4"f$和包含一个重复结构域!后者经常存在于其他与生物矿化相关的蛋白!如软体动物壳中&!(’4通过构建A-,\$缺失突变体"#$G$N$研究发现!A-,\蛋白在磁小体链装配中发挥重要作用4其可能的机制是!A-,\蛋白将空的磁小体囊泡和细胞骨架丝相联系!随着磁结晶的生长!成熟的磁小体沿着细胞骨架丝定位于细胞中部4通过磁小体膜之间的相互作用!磁小体链结构进一步得到稳固&!(’4目前已知!$G$N和$G$O基因"编码细胞骨架丝结构$在已经研究的趋磁细菌基因簇中为共转录!但二者具体的表达调控和作用方式!以及A-,\与其他磁小体结构相关蛋白之间的作用机制尚待进一步研究&!(’4!",!&.H’’!&.H C"磁螺菌8+$G0%H5K5G2542I$A D$&中的A-,!!对应于8+$G0%H542I$FA9$&中的A,<!("!(Y@$和8+0"E C F4:*G A!H%:H A D N$&中的A-,F&&(!&#!&"!!’!!#’4 A-,!!蛋白在磁小体中含量丰富!大部分A-,!!蛋白存在于磁小体基质中!与磁小体松散结合!少部分可能存在于磁颗粒间隙中4A-,!!分子中有#(*个P L N基元!后者在很多生物的蛋白中广泛存在!由)(&*个)(个氨基酸残基组成的重复串联而成!功能为介导蛋白$蛋白相互作用和多蛋白复合体的装配&!*(!3’4b6,?./.等认为!A-,!!可能是总的磁小体装配和维护过程中的一部分!如蛋白分选-磁小体囊泡激活等!缺乏A-,!!导致该过程受到影响&!’’4#*% !第!"卷!第"期!#$$"年"月P -6Y -等发现!A -,!!缺失的磁小体仍保持链状结构!推测A -,!!并不直接参与磁小体链结构的维护&!3’4尽管A -,!!分子可能作为磁小体结构中蛋白$蛋白相互作用的受体与磁小体基质相结合!或参与磁小体膜中多蛋白复合体的装配!但与A -,!!结合的具体磁小体相关蛋白尚待确定4!"5!其他膜蛋白A -,9和A -,A 属于金属转运蛋白的阳离子扩散易化蛋白家族成员!该蛋白家族的主要功能是泵出毒性的二价阳离子如锌-铬-钴等重金属离子&&#’4A -,9和A -,A 与H M X )亚家族相似程度较高!而后者由假想的铁转运蛋白所组成4初步的研究表明!A -,9和A -,A 可能参与了磁小体的定向铁吸收4A -,+和A -,a 与J C :F 类丝氨酸蛋白酶相似&&#’4J C :F 类蛋白含有一个保守的类胰蛋白酶结构域!以及&(!个L M ‘结构域!其功能是作为分子伴侣和热休克诱导的蛋白酶!对周质中错误折叠的蛋白进行降解4A -,+和A -,a 可能在磁小体膜装配过程中!通过对膜蛋白的处理-成熟和定位!参与磁小体的形成4A -,H 属于趋磁细菌的特异蛋白家族!只存在于磁小体膜上!功能不详&!3’4作为膜蛋白!A -,H 带有两个跨膜螺旋区!和已知蛋白没有同源性4其结构特征是存在明显的疏水基元!富含亮氨酸和甘氨酸重复序列&&#’4这些基元和蚕丝蛋白-软体动物壳框架蛋白!以及弹性蛋白和软骨蛋白中的富含亮氨酸和甘氨酸重复序列有惊人的相似性4上述蛋白均有强烈的自发聚集倾向!部分蛋白还参与了其他的生物矿化过程4’!磁小体结构相关蛋白’"!!细胞骨架蛋白&.H JA -,b 蛋白由磁小体合成基因岛$G $’;基因簇中的$G $O 基因所编码!是细菌类肌动蛋白A :?9的同源物!后者在细菌中能形成丝状结构!参与细胞形状决定-细胞极性建立和染色体分离等&!&!)’()%’4通过在A -,b 蛋白H 末端融合绿色荧光蛋白"V X L $!探测A -,b 蛋白的亚细胞定位!发现A -,b $V X L 融合蛋白几乎沿着内曲面呈直线排列!延伸贯穿细胞大部4推测A -,b 可能聚合成平行状长丝结构!围绕磁小体侧向排列成一个网络&!&’4$G $#基因突变体"#$G $#$能形成磁铁矿颗粒和在磁场中取向!和野生型相比!没有细胞形状或生长缺陷4但突变体不能形成长链结构!只是!()个相邻磁小体堆积!彼此分隔较远!分散于整个细胞中%同时!突变体中也未见丝状结构&!&’4利用$G $#1@P 7对突变体"#$G $#$细胞进行互补实验表明!大约&#f 细胞能够重建长而有序的磁小体链!以及磁小体相关丝状结构的重现4上述结果表明!原核生物和真核生物一样!也能利用类肌动蛋白细胞骨架丝在胞内定位细胞器结构4A -,b 蛋白可能借助磁小体合成因子亚细胞靶向!建立链的特异定位起作用%或者!它在磁小体产生后维持链的结构方面发挥功效&!&’4’"’!其他结构相关蛋白除了A -,\!A -,b 和A -,F 蛋白之外!其他属于$G $’;基因簇的基因亦有可能编码相应的磁小体结构相关蛋白"图&$4以磁螺菌8+$G 0%H 5421I $FA 9$&为例!A -,N !A -,K 和G $L Q R S R -G $L Q R T Q 基因的编码蛋白它们的共同特征为结构中不包含跨膜螺旋域!这就意味着该蛋白可能以可溶形式定位于磁小体膜之外如磁小体基质和颗粒间连接等的外在组分中!并参与了磁小体整体结构的装配或维护过程4本文就这些蛋白的分子表征作一概述!如表&所示4图!!磁螺菌()*+#,-./01*C &;)!的*+*23基因簇物理谱**%!第!"卷!第"期!#$$"年"月表!!*+*23基因簇部分磁小体相关蛋白分子表征#()*+#,-./01*C&;)!$分子表征基!因!产!物A-,N A-,K FA9’3"3FA9’3%’分子质量.Y@34))&43!(4!((4!等电点.R J34&*34(*#34*#同源检索M>F结合域?Q5.<.67-<?._.<"P"G%#4G:C$二酰基甘油激酶催化区"8H:K"F4U K L4I$:C$周质丝氨酸蛋白酶"8+$G0%H5K5G2542I$A D$&$H^?d类受体"8+$G0%H15K5G2542I$A D$&$保守结构域无T H9#"鞘氨醇激酶和真核二酰基甘油激酶相关酶$无无(!磁小体结构相关蛋白之间的相互作用和可能机制!!目前研究认为!磁小体是由铁磁体颗粒-磁小体膜-磁小体基质和颗粒间连接(个组分所构成&!3’4在磁小体膜上包含大量的膜结合蛋白!相互作用实现铁离子的转运-氧化和还原!以及铁氧化物的沉积和铁磁体的成晶过程&*!&(!&"!)3’4此外!在磁小体基质和颗粒间连接中还存在很多可溶性蛋白!它们之间的相互作用不仅促成了磁小体整体结构的装配和维护!对趋磁细菌的磁响应功能也提供了结构保障4以A-,!!蛋白为例!A-,!!蛋白中包含#(*个P L N基元!一般认为其作用是介导蛋白质$蛋白质间相互作用和装配成多蛋白复合体&!*(!3’4X@Y@,6:.等利用J.<C-8$R@//[6Z7技术!初步研究表明A-,!!可能和包括细胞色素5[&在内的磁小体相关蛋白等作用!共同介导或维护磁小体的正常膜或结构框架"待发表$4我们实验室在研究脉冲磁场对磁螺菌8+$G0%H542I$FA9$&的影响过程中也发现!磁场处理后$G0’!$G$.和$$:V基因的表达上调!同时从结构上看磁小体链呈现((#个磁小体排列的分散趋势!而未处理的磁小体链中大多数的磁颗粒连续排列成链"图!$%磁螺菌的磁响应能力"以.,-8值计$磁场处理和未处理的亦存在差异4从这些结果可以看出!磁小体合成基因岛中属于同一基因簇的膜或结构相关基因!能够通过协同转录和翻译表达!实现磁小体结构的装配和维护"图)$4在此基础上!磁小体结构赋予趋磁细菌)感受*外界磁场信号"包括地磁场$的能力!引发趋磁细菌的磁响应4首先!磁小体膜由细菌质膜内陷形成4接着!磁铁矿结晶在囊泡中生长和成熟!同时磁小体膜相图’!磁场处理对磁螺菌()*+#,-./01*C&;)!磁小体链结构的影响图(!磁小体链结构可能的装配和维护示意图关蛋白"A,<&*!A-,H!A-,+和A-,F等$!以及细胞骨架蛋白A-,b!连接蛋白A-,\等开始和磁小体膜相互结合-作用4随着铁磁颗粒的不断"*% !第!"卷!第"期!#$$"年"月成熟!其他磁小体结构相关蛋白如A-,N!A-,K 等亦可能发挥牵引-定位功能!最终装配形成成熟的磁小体链!对外界磁场"包括地磁场$信号作出响应4相关蛋白在磁小体链的维护过程中亦发挥作用4,!磁小体结构相关蛋白研究的前景与展望趋磁细菌通过对磁小体膜或结构相关蛋白的遗传调控!实现从铁的吸收-氧化和还原(铁氧化体的沉积和成晶(磁小体链的装配和维护等一系列环节!取得了原核细胞中的最高结构水平之一!并以此创造出最适趋磁性能&3!&)!!(!(’((!’4迄今为止!尽管对磁小体链形成的生物学机制!包括各种磁小体膜或结构相关蛋白相互作用的研究等已取得不少重要结果!但笔者认为!未来研究应当在生物矿化机制和分子相互作用!磁小体相关蛋白的仿生学应用!以及磁感受元件的解析和功能表征等方面重点加强和有针对性地开展4"&$在生物矿化机制研究方面!趋磁细菌磁小体的独特性质使其成为地质生物学家的潜在生物标记和研究生物矿化的理想系统&&’!()!((’4趋磁细菌若要产生磁小体!则必须产生囊泡!靶向特定蛋白至囊泡并控制其在细胞中的数目和位置4一旦启动!铁磁体的生物矿化将以时间和空间上相互协调的方式在多个囊泡中同时进行4在此过程中!磁小体膜或结构相关蛋白显示出动态和生长依赖的亚细胞定位4除此之外!趋磁细菌能从非磁性到磁性状态快速转变!表明在蛋白定位水平上可能还存在极化现象&!3!(#!(*’4进一步的研究将有助于诠释这方面的疑问4"!$在磁小体蛋白分子的相互作用方面!磁小体膜或结构相关蛋白的有序表达和正确定位是一个中心问题4研究发现!磁小体膜蛋白的表达并非严格地与完整磁小体的形成相偶联4蛋白组分析证实!一些膜蛋白经过了翻译后的剪切和加工&&(!&#!("’4到目前为止!对于磁小体膜蛋白尚未发现共同的序列基元或分类信号&*!&%’4一些膜蛋白表现出典型的膜蛋白特征!而另外一些则相当亲水!可能定位于质膜一侧4这表明!磁小体膜蛋白的结合可能不只是通过疏水相互作用!一些膜蛋白可能通过其他的作用方式!如蛋白$蛋白相互作用或与磁铁矿结晶矿质表面的直接作用等&!3’4然而!磁小体膜蛋白的结构和组成在分子水平上如何控制各式各样的磁铁矿晶体的大小-结构和形状0磁小体膜结构在细胞周期中是如何组织和装配的0对这些问题的深入研究将有助于在体外重建磁铁矿的生物矿化过程!有助于利用仿生学手段将磁小体纳米颗粒改造成需要的结构和磁性!和进一步的生物技术应用&(%(#!’4")$在磁感受元件的解析和功能表征方面!尽管在高等生物中亦发现了类似趋磁细菌中的磁小体链结构&#)(#3’!但趋磁细菌却提供了一个简单的磁感受和地磁效应的模型&#"!*’’4对于外界磁场"包括地磁场$信号而言!趋磁细菌的磁感受体系完全基于磁小体结构!因为磁小体膜"结构$相关蛋白如A-,\!A-,b等的缺失或突变将直接造成趋磁细菌磁响应能力的丧失或减弱4但是!磁小体的膜"结构$相关蛋白与磁感受功能的确切关系如何0趋磁细菌中是否存在能够)感受*外界磁场"地磁场$信号的最小结构或功能单位!其组成如何0已发现的磁小体膜"结构$相关蛋白有否参与其中!等等4对此问题研究的不断深入探索!亦能为阐释磁定向和磁感受这一基本生命现象中的生物物理机制提供一定思路4参!考!文!献&!9/-Y?,6:?N L4A-87?C6C-5C.5;-5C?:.-4D5.?75?!&3"#!&3’"(!&!$# )""()"3!!X:-7Y?/N9!9/-Y?,6:?N L!B6/0?N D4A-87?C.C?.70:?<^Z-C?: ,-87?C6C-5C.5;-5C?:.-4D5.?75?!&3"3!!’)"()%"$#&)##(&)#* )!9-E]/.7<Y.M F!V-::-C C$N??[F\!X:-7Y?/N94+/?5C:67,.5:6$ <56R.5<C@[.?<60,-87?C6<6,?<.7,-87?C6C-5C.5;-5C?:.-4A.$ 5:6<5N?<P?5^!&33(!!""#$#)%3((’&(!9-E]/.7<Y.M F!X:-7Y?/N9!J?]Z66[9N!?C-/4H67C:6//?[;.$ 6,.7?:-/.E-C.6760,-87?C.C?"X?)a($-7[8:?.8.C?"X?)D($.7-,-87?C6C-5C.5;-5C?:.@,4F R R/+7=.:67A.5:6;.6/!&33#!*&"3$# )!)!()!)3#!9-E]/.7<Y.M F4D]7C^?<.<60C^?;-5C?:.-/,-87?C6<6,?#P^?,-Y.7860-,-87?C.5R?:<67-/.C]4I7C A.5:6;.6/!&333!!"!$# "&(%’*!9-E]/.7<Y.M F!X:-7Y?/N94A-87?C6<6,?06:,-C.67.7R:6$ Y-:]6C?<4>-CN?=A.5:6;.6/!!’’(!!")$#!&"(!)’"!X:-7Y?/N9!9/-Y?,6:?N L4>-=.8-C.67-/56,R-<<.7,-87?C.5 ;-5C?:.-4\6@:7-/60A-87?C.<,-7[A-87?C.5A-C?:.-/<!&3%’!&#(&%")$#&#*!(&#*(% *%!第!"卷!第"期!#$$"年"月%!M?/678+X!X:-7Y?/N9!9-E]/.7<Y.M F4A@C.R/??=6/@C.67-:] 6:.8.7<60,-87?C6C-Q.<.7;-5C?:.-4D5.?75?!&33)!!#3"#’3*$# %’)(%’*3!9-E]/.7<Y.M F4D 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趋磁细菌和磁小体研究进展
趋磁细菌及磁小体研究进展祁玉芬1，韩振为1，宋慧平1(1．天津大学化工学院，天津300072，中国)摘要:自从三十年前Blakemore发现了趋磁细菌以来，由于各种原因其研究进展缓慢。
最近几年来，随着一些新菌种的分离纯化成功和实验技术的进步，使得趋磁细菌的研究在生态分布、分离纯化、生理生化、遗传、应用等方面取得了显著的进步。
趋磁细菌内含有一条或几条成链状分布的磁小体，它使得细胞具有永久的磁偶极矩，能够沿着磁力线运动。
本文主要介绍了趋磁细菌的研究现状并从分子、生物化学、化学、基因方面阐述了磁小体的形成过程，以促进以后研究的更好开展。
关键词：趋磁细菌;磁小体;磁小体膜囊泡.The Progress in Magnetotactic Bacteria and MagnetosomeQI Yu-fen1，HAN Zhen-wei1，SONG Hui-ping1(1．School of Chemical Engineering and Technology，Tianjin University，Tianjin 300072，China) Abstract:Magnetotactic bacteria were discovered by Blakemore almost 30 years ago, and for many years and many different reasons, the progress in this field was slow.Recently, however, thanks to the isolation of new strains and the development of new techniques for manipulating these strains, significant progress in zoology distribution,isolation ,physiology and biochemistry,genetics,application about magnetotactic bacteria have bee1n made. Magnetotactic bacteria contain one or more chains of magnetosomes that comprise a permanent magnetic dipole in each cell，so it can move along the magnetic lines.Here we introduce this progress in the research of magnetotactic bacteria and elucidating the molecular, biochemical, chemical and genetic bases of magnetosome formation to promote the further research.Key words: magnetotactic bacteria;magnetosome;Magnetosome membrane vesicle.在自然界中，生命体用各种方法来弄清他们所在的位置及他们要去的方向。
趋磁细菌
神秘的海洋微生物 ——趋磁细菌 趋磁细菌
（Magnetotຫໍສະໝຸດ ctic bacterium ）在细菌运动中考虑以下三个力引起的力矩： uu r uu r uu r M fg = Fv R (cos ωteθ − sin ωteϕ )（ 鞭毛转动产生的力矩）
根据角动量定理得：
u r r uu r uu r d L uu = M fg + M mag + M visc dt
将1，2，3 三个力矩代入上面的方程，我们将得到以下描述细菌运动的两个方程，
图1 图2
各种各样的磁小体
电子显微镜下趋磁细菌及磁小体的形态
• 每个菌体内有10 个以上的电子致密区域. 电子显微镜下呈 黑色颗粒状,其组态为簇状（a）。（b）是正在分裂中的 细胞,该细菌分裂的同时将母细胞中的部分磁小体也一起 分离出去,因而子细胞中合成的磁小体极性便继承了母体 的极性.
趋磁细菌的形态 (a) 为TEM 照片;
u r V ：某时刻细菌的速度
ur m ：细菌的磁矩
uu r F uuh：平行于鞭毛运动的力 r Fv ：垂直于鞭毛运动的力
uu r ur u r M mag = m × B （磁场产生的力矩） . uu uu r r uu r M visc = µ R(θ eθ − ϕ sin θ eϕ )（环境粘滞引起的力矩） uu r uu r uu r Fv = Fv cos ωteϕ + Fv sin ωteθ
细菌磁小体形成机制和应用研究进展
收稿日期:2006O 06O 01*国家自然科学基金项目(30170025)资助**通讯作者.E -mail:mygao@w 刘朋明,男,1979年生,中国科学院武汉病毒研究所博士研究生,武汉430071细菌磁小体形成机制和应用研究进展*刘朋明 高梅影**(中国科学院武汉病毒研究所,武汉430071)摘要 趋磁细菌(mag neto tactic bacter ia,M T B)可以在细胞内形成磁小体(magnetosome,M S)并在磁场作用下定向运动。
M T B 的M S 合成是一个多基因参与的复杂过程。
M S 由于其优良的性能而有着广阔的应用前景。
本文对M S 的合成机制和应用的研究进展进行了初步的概述。
关键词 磁小体;趋磁细菌;磁小体合成机制;磁小体应用中图法分类号 Q 939.9 文献标识码 A 文章编号 1000-2421(2007)01-0133-08趋磁细菌(magnetotactic bacter ia,M TB)是一类能在体内形成磁铁矿晶体粒子)))磁小体(mag -neto som e,M S),从而在外磁场的作用下作定向运动的革兰氏阴性细菌[1]。
趋磁细菌体内合成的磁小体颗粒是一种天然磁性纳米生物材料,由于其优良的性能而在许多领域具有巨大的潜在应用价值。
日本学者M ATU SUNAGA 早在1991年就预计趋磁细菌产生的磁小体在未来的十年里将是高新技术应用中的一种新的生物资源[2]。
关于趋磁细菌及其磁小体,特别是磁小体形成的分子机理和磁小体的应用研究是目前微生物学、分子生物学和生物材料学等领域的热门研究课题之一,本文对目前国内外有关磁小体形成机理和应用的研究进行了概述。
1 趋磁细菌的分布及其特征1975年,美国生物学家BLAKEMORE 在研究盐泽泥浆沉积物中的螺旋体时,发现了对磁场具有趋性行为的细菌并将其称为趋磁细菌(m ag netotac -tic bacter ia,M TB)。
细菌纳米磁小体有望作为靶向药物载体
细菌纳米磁小体有望作为靶向药物载体孙建波;姜伟;李颖;张阳德;李季伦【期刊名称】《微生物学通报》【年(卷),期】2007(34)1【摘要】趋磁细菌细胞内合成的纳米磁小体具有颗粒均匀,晶型稳定的特点,每个磁小体有脂膜包被.提纯的磁小体毒性低,生物相容性好,可作为多种药物和大分子化合物的载体而应用于定向治疗肿瘤.本文介绍了细菌磁小体的结构特点,提出了采用细菌磁小体连接抗癌药物的策略,讨论了建立磁小体载药体系靶向治疗癌症的可能性.【总页数】4页(P165-168)【作者】孙建波;姜伟;李颖;张阳德;李季伦【作者单位】中国农业大学生物学院农业部农业微生物资源与应用重点开放实验室,北京,100094;中国农业大学生物学院农业部农业微生物资源与应用重点开放实验室,北京,100094;中国农业大学生物学院农业部农业微生物资源与应用重点开放实验室,北京,100094;中南大学湘雅医院卫生部纳米生物技术重点实验室,长沙,410008;中国农业大学生物学院农业部农业微生物资源与应用重点开放实验室,北京,100094【正文语种】中文【中图分类】Q93【相关文献】1.趋磁细菌磁小体靶向输送pHSP70-shPLK1/阿霉素复合物治疗骨肉瘤 [J], 余水生;程里;许新忠;柯友群;荆珏华;2.趋磁细菌磁小体靶向输送pHSP70-shPLK1/阿霉素复合物治疗骨肉瘤 [J], 余水生;程里;许新忠;柯友群;荆珏华3.纳米磁靶向药物载体在肝癌治疗中的研究进展 [J], 彭健;刘桦;邬力祥4.纳米磁小体靶向药囊治疗人胆管癌细胞株移植瘤实验研究 [J], 唐滔;郑建伟;李曦;艾星;邹声泉5.肿瘤治疗用新型纳米磁靶向药物载体的制备及表征鉴定 [J], 黄波涛;段磊;吴小玲;戚晓红因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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科学家揭开趋磁细菌合成纳米磁体机制
为人工合成磁性纳米粒子提供了新的技术路线
一支由法国原子能及可替代能源署（CEA）领导、法国国家科研中心（CNRS）参与研究的国际团队通力合作，揭示了趋磁细菌体内一种名为MamP的蛋白质主导合成磁小体的机制及其结构特征。
该研究使得人们对“生物矿化”有了进一步的理解，同时也为生物纳米磁体在医学和污水处理等方面的广泛应用提供了新机遇。
相关研究成果发表在近日的《自然》杂志网站上。
生物矿化是指由生物体通过生物大分子的调控生成无机矿物的过程。
在众多生物矿化现象中，趋磁细菌因其能够合成具有磁性的纳米粒子而备受关注。
趋磁细菌是一类厌氧细菌，能够在胞体内合成磁小体（具有磁性的纳米粒子，成分通常为四氧化三铁），在地球磁场的作用下，可凭借磁力向更适宜其生存的贫氧深水区移动。
这些磁小体就如同指南针一样纵向排列，为趋磁细菌“导航”。
为了揭示磁小体的合成机制，科研人员在对MamP蛋白质的研究中发现其具有一种独特的蛋白质折叠“磁铬”结构，能够帮助其吸引铁原子。
MamP蛋白质能够将+2价铁氧化为+3价铁，并最终合成同时含有+2价铁和+3价铁的四氧化三铁。
在胞体外的实验中，在仅提供+2价铁的环境下，通过MamP的蛋白质活动最终获得了+3价铁。
这一基础性研究为人工合成磁性纳米粒子及其他含铁化合物提供了新的技术路线。
生物磁性纳米粒子具有重要的潜在应用价值：在医学方面，可用于磁共振成像造影剂、靶向药物、肿瘤磁热疗及生物传感器的开发；在环境治理方面，趋磁细菌可用于污水处理等。
受益于新的研究成果，这些应用有望成为现实。
（来源：Nature）。