1、趋磁细菌与磁小体,四川大学生命科学学院,2012级生物科学试验班 张昭然,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。 后来，人们相继在南、北半球的海水、湖泊、池塘、稻田底部表层淤泥和潮湿的土壤中分离到趋磁细菌。,趋磁细菌的特点,趋磁菌为微好氧菌, 革兰氏染
2、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”。,进化需求与趋磁性,趋磁细菌不很喜欢氧气，需要从富氧区移至贫氧或无氧区。在水中，含氧量随着水深度的增加而降低，所以趋磁细菌生活在水性环境底部。它们用它们的磁性罗盘判断方向。 那么它们如何做到这一点呢？,对于趋磁性的其他说法,认为菌体是为避开表层水因含氧较高引起的毒害作用，游向水域的厌氧或者微好氧区域； 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
3、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。,磁小体的形态透射电镜,磁小体的形态透射电镜,磁小体的优点,1）有生物膜包被，且处于超顺磁性
4、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。,（磁小体膜）,磁小体的应用领域,趋磁细菌产生的微小磁铁比人类自己做的要好。 用于分子生物学研究、靶向药物开发、疾病早期诊断试剂盒的开发、肿瘤磁热疗、核磁共振成像对比剂的开发、环境分子监测平台的开发、信息记录材料的开发、航空头盔密封件等密封材料的开发等。 趋磁细菌和化石磁小体的研究对认识生命起源和进化、探索地外生命遗迹、研究生物地磁
5、响应机制和解析生物矿化过程具有重要意义。 30多年来，趋磁细菌的研究一直处于地球科学、生物矿化、微生物学、天体生物学、纳米磁学和生物纳米材料及其生物仿生学等热门学科的国际研究前沿。,趋磁细菌和磁小体应用的局限性,由于趋磁细菌在环境中需要微好氧条件，且营养类型属于化能自养，使得培养趋磁细菌时常遇到问题。 在对趋磁细菌磁小体合成机制的研究中，常使用基因敲除的办法获得缺陷型，并与野生型对比进行研究。但是操作繁琐并且所得缺陷型不稳定。 论文：趋磁细菌AMB_1培养条件优化及磁小体变化过程研究 ,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
6、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 论文：微生物学通报：细菌纳米磁小体有望作为靶向药物载体,延伸阅读（公共邮箱）,综述：中国生物工程杂志china biotechnology,2005,25(7),2127 中国生物工程杂志，趋磁细菌的磁小体2005，25，（7）：2127 微生物学通报，趋磁细菌磁小体研究进展，2006,33（3） BIOMAGNETISM ，Extraction of Magnetosome from Acidthiobacil
7、lus ferrooxidans 2005 Vol . 5 No. 3 Geophys. J. Int. (2009) 177, 3342Magnetite magnetosome and fragmental chain formation ofMagnetospirillum magneticum AMB-1: transmission electronmicroscopy and magnetic observations Earth and Planetary Science Letters 293 (2010) 368376Biomineralization, crystallography and magnetic properties of bullet-shapedmagnetite magnetosomes in giant rod magnetotactic bacteria,结束语,生命由忽微到庞杂进化，研究微生物的现象特点将会给我们带来有关生命本质的思考与启发; 生命在磁场中进化，研究趋磁细菌必将为人们探索生命现象提供有力的参考 ！,谢谢大家！,2013.9.21,
