Nature揭秘細(xì)菌神秘的“冶金術(shù)”
日期：2013-10-16 09:30:35
一個(gè)國(guó)際研究團(tuán)體成功地確定了與趨磁細(xì)菌（magnetotactic bacteria）中磁石納米磁鐵生成相關(guān)的一種蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)及功能特征。這個(gè)叫做MamP的蛋白質(zhì)對(duì)于趨磁細(xì)菌的這種冶金活性至關(guān)重要。正是這種蛋白賦予了磁石磁性。這項(xiàng)研究工作代表了在了解這些細(xì)菌和磁石生物礦化過(guò)程方面取得的一項(xiàng)重要進(jìn)展。研究人員期望其能促使開(kāi)發(fā)出這些磁鐵的其他生物技術(shù)應(yīng)用，尤其是在醫(yī)學(xué)成像和水凈化領(lǐng)域。研究結(jié)果在線(xiàn)發(fā)表在10月6日的《自然》（Nature）雜志上。
趨磁細(xì)菌能夠合成磁鐵(Fe3O4)納米晶體，從而能夠利用地磁場(chǎng)來(lái)排列自身，在水層中找到最有利于它們生存的位置。納米磁鐵的排列與指南針相似。磁鐵晶體合成是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，目前對(duì)此了解甚少。磁鐵是是由氧和鐵以?xún)煞N不同的氧化狀態(tài)[Fe(II)Fe(III)2O4]混合物形式構(gòu)成。在這項(xiàng)研究中，研究人員描述了細(xì)菌生成這兩種狀態(tài)的機(jī)制。其中一種狀態(tài)Fe(III)實(shí)質(zhì)上是不溶性的。
測(cè)定MamP蛋白結(jié)構(gòu)第一次證實(shí)，MamP蛋白的一個(gè)部分包含有稱(chēng)作為magnetochrome的獨(dú)特折疊結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)僅存在于趨磁細(xì)菌中，它具有坩鍋樣的形狀，能夠容納鐵。另外的實(shí)驗(yàn)表明，MamP能夠?qū)㈣F從Fe(II)狀態(tài)氧化至Fe(III)狀態(tài)，并在它的坩鍋中穩(wěn)定了Fe(III)狀態(tài)。誘變研究和趨磁細(xì)菌變異體表型分析證實(shí)了這一坩鍋的生理重要性。
最后，大量的體外實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)僅存在Fe(II)時(shí)MamP能夠生成一種磁鐵前體，證實(shí)了Fe (III)是由這一蛋白質(zhì)活動(dòng)所生成。
這項(xiàng)基礎(chǔ)研究揭示了鐵生物礦化以及納米磁鐵在趨磁細(xì)菌中合成的部分過(guò)程。這些納米磁鐵的潛在應(yīng)用顯示出前景。例如，或許可以利用它們作為磁共振成像的造影劑。另一種可能的應(yīng)用與供水凈化相關(guān)。趨磁細(xì)菌攜帶有一種酶可以分解一種污染物，有可能可以利用它來(lái)處理廢水，并且隨后借助于磁鐵可以輕易地從水中清除它。
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