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Nature:揭秘趋磁细菌神秘的“冶金术”

来源:生物360 / 作者:koo / 2013-10-15

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Nature:揭秘趋磁细菌神秘的“冶金术”

日前,一支国际联合研究小组成功地确定了与趋磁细菌(magnetotactic bacteria)中磁石纳米磁铁生成相关的一种蛋白质的结构及功能特征。这个叫做 MamP 的蛋白质对于趋磁细菌的这种冶金活性至关重要。正是这种蛋白赋予了磁石磁性。

这项研究工作代表了在了解这些细菌和磁石生物矿化过程方面取得的一项重要进展。研究人员期望其能促使开发出这些磁铁的其他生物技术应用,尤其是在医学成像和水净化领域。研究结果在线发表在 10 月 6 日的《自然》(Nature)杂志上。

趋磁细菌能够合成磁铁(Fe3O4)纳米晶体,从而能够利用地磁场来排列自身,在水层中找到最有利于它们生存的位置。纳米磁铁的排列与指南针相似。磁铁晶体合成是一个复杂的过程,目前对此了解甚少。磁铁是是由氧和铁以两种不同的氧化状态[Fe(II)Fe(III)2O4]混合物形式构成。在这项研究中,研究人员描述了细菌生成这两种状态的机制。其中一种状态Fe(III)实质上是不溶性的。

测定 MamP 蛋白结构第一次证实, MamP 蛋白的一个部分包含有称作为magnetochrome的独特折叠结构。这种结构仅存在于趋磁细菌中,它具有坩锅样的形状,能够容纳铁。另外的实验表明, MamP 能够将铁从Fe(II)状态氧化至Fe(III)状态,并在它的坩锅中稳定了Fe(III)状态。诱变研究和趋磁细菌变异体表型分析证实了这一坩锅的生理重要性。

最后,大量的体外实验表明,当仅存在Fe(II)时 MamP 能够生成一种磁铁前体,证实了Fe (III)是由这一蛋白质活动所生成。

这项基础研究揭示了铁生物矿化以及纳米磁铁在趋磁细菌中合成的部分过程。这些纳米磁铁的潜在应用显示出前景。例如,或许可以利用它们作为磁共振成像的造影剂。另一种可能的应用与供水净化相关。趋磁细菌携带有一种酶可以分解一种污染物,有可能可以利用它来处理废水,并且随后借助于磁铁可以轻易地从水中清除它。

原文检索:

Marina I. Siponen, Pierre Legrand, Marc Widdrat, Stephanie R. Jones, Wei-Jia Zhang, Michelle C. Y. Chang, Damien Faivre, Pascal Arnoux& David Pignol. Structural insight into magnetochrome-mediated magnetite biomineralization. Nature, 06 October 2013; doi:10.1038/nature12573

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