Nature揭秘細菌神秘的“冶金術”
日期:2013-10-16 09:30:35
一個國際研究團體成功地確定了與趨磁細菌(magnetotactic bacteria)中磁石納米磁鐵生成相關的一種蛋白質的結構及功能特征。這個叫做MamP的蛋白質對于趨磁細菌的這種冶金活性至關重要。正是這種蛋白賦予了磁石磁性。這項研究工作代表了在了解這些細菌和磁石生物礦化過程方面取得的一項重要進展。研究人員期望其能促使開發出這些磁鐵的其他生物技術應用,尤其是在醫學成像和水凈化領域。研究結果在線發表在10月6日的《自然》(Nature)雜志上。
趨磁細菌能夠合成磁鐵(Fe3O4)納米晶體,從而能夠利用地磁場來排列自身,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復雜的過程,目前對此了解甚少。磁鐵是是由氧和鐵以兩種不同的氧化狀態[Fe(II)Fe(III)2O4]混合物形式構成。在這項研究中,研究人員描述了細菌生成這兩種狀態的機制。其中一種狀態Fe(III)實質上是不溶性的。
測定MamP蛋白結構第一次證實,MamP蛋白的一個部分包含有稱作為magnetochrome的獨特折疊結構。這種結構僅存在于趨磁細菌中,它具有坩鍋樣的形狀,能夠容納鐵。另外的實驗表明,MamP能夠將鐵從Fe(II)狀態氧化至Fe(III)狀態,并在它的坩鍋中穩定了Fe(III)狀態。誘變研究和趨磁細菌變異體表型分析證實了這一坩鍋的生理重要性。
最后,大量的體外實驗表明,當僅存在Fe(II)時MamP能夠生成一種磁鐵前體,證實了Fe (III)是由這一蛋白質活動所生成。
這項基礎研究揭示了鐵生物礦化以及納米磁鐵在趨磁細菌中合成的部分過程。這些納米磁鐵的潛在應用顯示出前景。例如,或許可以利用它們作為磁共振成像的造影劑。另一種可能的應用與供水凈化相關。趨磁細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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