趋磁细菌概述
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4趋磁细菌的生态分布和一般特性
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.
[10]YANGCD,TAKEYAMAH.Effetcsofgrowthmediumcomposition,ironsourcesandatmosphereicoxygenconcentrationsonproductionoflucifetase-bacterialmagneticparticlecomplexyarecombinantMagnetospirillummagneticumAMB-1[J].EnzymeandMicrobialTechnology,2001(29):13-19.
Keywords:magnetotactic bacteria;magnetosome;ecologicaldistribution;application;targeted drug carriers
1趋磁细菌概述
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[1-2] 其体内合 成的磁小体 (magnetosome)，一种磁性氧化铁纳米颗粒, 磁小体颗粒为单磁畴晶体，大小均匀、纳米级（20~120 nm）、具有较大的比面值，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、废水处理、电子、光学、磁学、能量储存和电化学等领域有潜在的不可估量的应用前景，可应用于磁性记录材料、生物活性物质的分离、固定，免疫检测，靶向药物，细胞与分子的磁标记、磁分离和放射性核素的回收，重金属的去除等方面[3-5] )就如同指南针一样纵行排列，沿着磁场的方向 游动，为MTB导航。MTB可分为2 个属 ：趋磁水生螺菌属和双丛球菌属；根据形态不同又可分为棒 状杆菌、弧形菌及螺旋状菌等 [6]。
关键字趋磁细菌 磁小体生态分布 应用 靶向药物载体
TheReviewofMagnetotacticBacteria
ZHENG Huan
(Guizhou university, College of Life Sciences,Guiyang 550025)
Abstract:Magnetotactic bacteria are a kind of Gram-negative bacteria with thecapability of swimming along geomagnetic field lines. The mostdistinguishedcharacteristic of the bacteria in common is capable of synthesizing specific intracellularstructures,magnetisms,whicharechain-linkedandmembraneenvelopedcrystalsofmagnetic iron oxide or iron sulfide. Magnetic body is made up of magnetotactic bacterium cellstructurewhichis a kind of surface parcel of lipid bilayer membrane magneticnanoparticles,Cancombine different biologicalmolecules.This paper explainsthecharacteristicsofthemagneticbody,synthesischaracteristicsofmagneto tacticbacteria,andtheapplicationandprospectofmagnetotacticbacteriain recent years.
[3] Blakemore R P. Magnetotactic bacteria [J]. Science, 1975, 190 (4212): 377-379.
[4] Li Wenbing, Yu Longjiang, Zhou Pengpeng, et al. Research on magnetosome of magnetotactic bacteria [J]. China Biotechnology, 2005, 25(7): 21-27(in Chinese).
5.2趋磁细菌的展望
趋磁细菌研究至今已有近 3 0 年的历史，人们已开始探索其在各个领域的应用。然而直到今天仍未得到大规模的应用，这一方面是由于趋磁细菌具有难培养的特性，另一方面是因为对趋磁细菌磁小体生物合成的生化和遗传机制了解的不够。总的来说，趋磁细菌这一领域的研究目前还不深入，包括趋磁细菌的运动方式机理，磁小体形成机理、磁小体的安全性等都还存在争议，而利用细菌的趋磁性来进行矿物分选，废水处理以及医学方面技术都不够成熟，还有很大的上升空间。
[7].邓婉萍and孙君重,趋磁细菌磁小体研究进展.中国医药工业杂志, 2016.v.47(02): p. 225-229.
[7] Li Wenbing, Yu Longjiang, Zhou Pengpeng, et al. Research on magnetosome of magnetotactic bacteria [J]. China Biotechnology, 2005, 25(7): 21-27(in Chinese).
2 磁小体的特性
磁小体是MTB产生的胞内结构，由脂质双分子层膜包裹的磁性晶体组成。由于其本身的特性优势，使得磁小体在生物技术领域的应用广泛。
大小形态均一、表面功能化、高度生物相容性、低毒性等。[7]有较大的表面面积比，同种菌产生磁小体形状和大小是均一的，且磁小体有生物膜包被，颗粒间不聚集也没有细胞毒性，磁小体与酶的结合能力很强、对重金属有着很强吸附性等，因此在医学生有着不可估量的价值。
5趋磁细菌的应用及展望
5.1趋磁细菌的应用
通过一些资料显示，由于趋磁细菌所携带的磁小体的特殊性，人们从趋磁细菌的分离、趋磁细菌的培养、批量磁小体的提取等方面解决了趋磁细菌的在应用实践过程中所遇到的难题，从而实现了磁小体与生物活性分子的耦联（与含巯基或二硫键药物的耦联、与含氨基药物的耦联、与含羧基药物的耦联以及以其他分子为桥梁的链接等）、磁小体在医学上的应用[用磁小体作为靶向纳米药物的载体（与抗体药物的耦联、与核酸类药物的耦联、与放射性核素的耦联、与化疗药物的耦联、合成自动攻击肿瘤的趋磁免疫细胞）、磁小体与肿瘤热疗、应用于基因研究、诊断与治疗]用于MRI图像增强剂、磁小体在组织工程方面的应用、废水处理、磁极材料的开发、矿物分选、在传感技术中的应用、生物细胞与发酵产物的磁分离技术等方面的应用。
趋磁细菌的分布极为广泛，包括同一地区的不同环境，同一环境的不同地区。迄今为止，已经陆续从南北半球乃至地球赤道等不同地理位置的河流、湖泊、池塘、海洋沉积物表层、潮湿的草原土壤中、印染厂废水、黄土剖面及铁山矿区土样中分离到各种形态的趋磁菌（球形、杆形、弧 形、螺旋形）[1,6]。尽管已发现的各个菌株之间有个体差异性，但它们都具有一些共同的特性：都是革兰氏阴性细菌；大多数生有丛生或端生鞭毛；都具有运动性，常借助于鞭毛进行运动； 对生长环境中的 O2浓度十分敏感；细胞内都含有成分为 Fe3O4（或 Fe3S4）的磁小体颗粒，一般呈一条或多条链状排列[1，5]。
趋磁细菌作为一种新型的有用的生物资源是近年来研究的热点之一, 特别是趋磁细菌的磁小体形成及调控机制一直是人们研究的热点, 人们在寻找磁小体合成的基因, 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30多年的研究, 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。
[5] Bazylinski D A, Frankel R B. Magnetosome formation in prokaryotes [J]. Nature Reviews Microbiology, 2004, 2 (3): 217230.
[6]牛雯颖, et al.,趋磁性细菌研究进展.黑龙江医药, 2007.No.114(03): p. 204-206.
3磁小体合成及影响因素
根据以往的研究结果的分析表明， 趋磁细菌的磁小体合成可以明显的分成 4 步： 磁小体囊泡的形成、铁吸收和转运入磁小体囊泡、囊泡内磁小体生物控制矿化。虽然现在很明确吸收、转运和矿化依次进行， 但是铁的吸收领先还是落后于囊泡形成或者还是二者同时进行还不清楚。[8]影响磁小体合成的因素较多，其中最主要的因素包括氧浓度、铁源的种类及浓度 [9-10]、氮ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ种类及浓度、矿质元素。
课程名称：微生物生理学
********
学院：生命科学学院
班级：生物技术141班
***郑 欢
学号：**********
趋磁细菌综述
郑欢
（贵州大学生命科学学院贵阳 550025）
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，其最显著的共同特征是胞内能够合成链状排列、具有外膜包被的 Fe3O4或 Fe3S4磁性颗粒—磁小体。磁小体是由趋磁细菌合成的细胞内结构，是一种表面包裹有脂质双分子层膜的磁性纳米颗粒，可以结合不同的生物分子。本文综述了近年来磁小体的特性、合成及影响因素，趋磁细菌的生态分布和一般特性，以及趋磁细菌的应用和展望。
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.
[10]YANGCD,TAKEYAMAH.Effetcsofgrowthmediumcomposition,ironsourcesandatmosphereicoxygenconcentrationsonproductionoflucifetase-bacterialmagneticparticlecomplexyarecombinantMagnetospirillummagneticumAMB-1[J].EnzymeandMicrobialTechnology,2001(29):13-19.
Keywords:magnetotactic bacteria;magnetosome;ecologicaldistribution;application;targeted drug carriers
1趋磁细菌概述
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[1-2] 其体内合 成的磁小体 (magnetosome)，一种磁性氧化铁纳米颗粒, 磁小体颗粒为单磁畴晶体，大小均匀、纳米级（20~120 nm）、具有较大的比面值，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、废水处理、电子、光学、磁学、能量储存和电化学等领域有潜在的不可估量的应用前景，可应用于磁性记录材料、生物活性物质的分离、固定，免疫检测，靶向药物，细胞与分子的磁标记、磁分离和放射性核素的回收，重金属的去除等方面[3-5] )就如同指南针一样纵行排列，沿着磁场的方向 游动，为MTB导航。MTB可分为2 个属 ：趋磁水生螺菌属和双丛球菌属；根据形态不同又可分为棒 状杆菌、弧形菌及螺旋状菌等 [6]。
关键字趋磁细菌 磁小体生态分布 应用 靶向药物载体
TheReviewofMagnetotacticBacteria
ZHENG Huan
(Guizhou university, College of Life Sciences,Guiyang 550025)
Abstract:Magnetotactic bacteria are a kind of Gram-negative bacteria with thecapability of swimming along geomagnetic field lines. The mostdistinguishedcharacteristic of the bacteria in common is capable of synthesizing specific intracellularstructures,magnetisms,whicharechain-linkedandmembraneenvelopedcrystalsofmagnetic iron oxide or iron sulfide. Magnetic body is made up of magnetotactic bacterium cellstructurewhichis a kind of surface parcel of lipid bilayer membrane magneticnanoparticles,Cancombine different biologicalmolecules.This paper explainsthecharacteristicsofthemagneticbody,synthesischaracteristicsofmagneto tacticbacteria,andtheapplicationandprospectofmagnetotacticbacteriain recent years.
[3] Blakemore R P. Magnetotactic bacteria [J]. Science, 1975, 190 (4212): 377-379.
[4] Li Wenbing, Yu Longjiang, Zhou Pengpeng, et al. Research on magnetosome of magnetotactic bacteria [J]. China Biotechnology, 2005, 25(7): 21-27(in Chinese).
5.2趋磁细菌的展望
趋磁细菌研究至今已有近 3 0 年的历史，人们已开始探索其在各个领域的应用。然而直到今天仍未得到大规模的应用，这一方面是由于趋磁细菌具有难培养的特性，另一方面是因为对趋磁细菌磁小体生物合成的生化和遗传机制了解的不够。总的来说，趋磁细菌这一领域的研究目前还不深入，包括趋磁细菌的运动方式机理，磁小体形成机理、磁小体的安全性等都还存在争议，而利用细菌的趋磁性来进行矿物分选，废水处理以及医学方面技术都不够成熟，还有很大的上升空间。
[7].邓婉萍and孙君重,趋磁细菌磁小体研究进展.中国医药工业杂志, 2016.v.47(02): p. 225-229.
[7] Li Wenbing, Yu Longjiang, Zhou Pengpeng, et al. Research on magnetosome of magnetotactic bacteria [J]. China Biotechnology, 2005, 25(7): 21-27(in Chinese).
2 磁小体的特性
磁小体是MTB产生的胞内结构，由脂质双分子层膜包裹的磁性晶体组成。由于其本身的特性优势，使得磁小体在生物技术领域的应用广泛。
大小形态均一、表面功能化、高度生物相容性、低毒性等。[7]有较大的表面面积比，同种菌产生磁小体形状和大小是均一的，且磁小体有生物膜包被，颗粒间不聚集也没有细胞毒性，磁小体与酶的结合能力很强、对重金属有着很强吸附性等，因此在医学生有着不可估量的价值。
5趋磁细菌的应用及展望
5.1趋磁细菌的应用
通过一些资料显示，由于趋磁细菌所携带的磁小体的特殊性，人们从趋磁细菌的分离、趋磁细菌的培养、批量磁小体的提取等方面解决了趋磁细菌的在应用实践过程中所遇到的难题，从而实现了磁小体与生物活性分子的耦联（与含巯基或二硫键药物的耦联、与含氨基药物的耦联、与含羧基药物的耦联以及以其他分子为桥梁的链接等）、磁小体在医学上的应用[用磁小体作为靶向纳米药物的载体（与抗体药物的耦联、与核酸类药物的耦联、与放射性核素的耦联、与化疗药物的耦联、合成自动攻击肿瘤的趋磁免疫细胞）、磁小体与肿瘤热疗、应用于基因研究、诊断与治疗]用于MRI图像增强剂、磁小体在组织工程方面的应用、废水处理、磁极材料的开发、矿物分选、在传感技术中的应用、生物细胞与发酵产物的磁分离技术等方面的应用。
趋磁细菌的分布极为广泛，包括同一地区的不同环境，同一环境的不同地区。迄今为止，已经陆续从南北半球乃至地球赤道等不同地理位置的河流、湖泊、池塘、海洋沉积物表层、潮湿的草原土壤中、印染厂废水、黄土剖面及铁山矿区土样中分离到各种形态的趋磁菌（球形、杆形、弧 形、螺旋形）[1,6]。尽管已发现的各个菌株之间有个体差异性，但它们都具有一些共同的特性：都是革兰氏阴性细菌；大多数生有丛生或端生鞭毛；都具有运动性，常借助于鞭毛进行运动； 对生长环境中的 O2浓度十分敏感；细胞内都含有成分为 Fe3O4（或 Fe3S4）的磁小体颗粒，一般呈一条或多条链状排列[1，5]。
趋磁细菌作为一种新型的有用的生物资源是近年来研究的热点之一, 特别是趋磁细菌的磁小体形成及调控机制一直是人们研究的热点, 人们在寻找磁小体合成的基因, 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30多年的研究, 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。
[5] Bazylinski D A, Frankel R B. Magnetosome formation in prokaryotes [J]. Nature Reviews Microbiology, 2004, 2 (3): 217230.
[6]牛雯颖, et al.,趋磁性细菌研究进展.黑龙江医药, 2007.No.114(03): p. 204-206.
3磁小体合成及影响因素
根据以往的研究结果的分析表明， 趋磁细菌的磁小体合成可以明显的分成 4 步： 磁小体囊泡的形成、铁吸收和转运入磁小体囊泡、囊泡内磁小体生物控制矿化。虽然现在很明确吸收、转运和矿化依次进行， 但是铁的吸收领先还是落后于囊泡形成或者还是二者同时进行还不清楚。[8]影响磁小体合成的因素较多，其中最主要的因素包括氧浓度、铁源的种类及浓度 [9-10]、氮ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ种类及浓度、矿质元素。
课程名称：微生物生理学
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学院：生命科学学院
班级：生物技术141班
***郑 欢
学号：**********
趋磁细菌综述
郑欢
（贵州大学生命科学学院贵阳 550025）
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，其最显著的共同特征是胞内能够合成链状排列、具有外膜包被的 Fe3O4或 Fe3S4磁性颗粒—磁小体。磁小体是由趋磁细菌合成的细胞内结构，是一种表面包裹有脂质双分子层膜的磁性纳米颗粒，可以结合不同的生物分子。本文综述了近年来磁小体的特性、合成及影响因素，趋磁细菌的生态分布和一般特性，以及趋磁细菌的应用和展望。