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美发现新型趋磁细菌能合成磁铁矿和硫复铁矿

2012/01/03 来源:科学网
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导读
最近,美国内华达大学拉斯维加斯分校(UNLV)和法国国家科研中心等机构组成的一个国际研究小组,在美国死亡谷国家公园边缘的“恶水盆地”发现了一种新型趋磁细菌,新细菌用硫酸盐化合物呼吸,不仅能产生磁铁矿物结晶,还能产生硫复铁矿物结晶,在生物技术和纳米技术方面具有重要应用价值。

趋磁细菌

据美国科学促进会网站12月27日报道,最近,美国内华达大学拉斯维加斯分校(UNLV)和法国国家科研中心等机构组成的一个国际研究小组,在美国死亡谷国家公园边缘的“恶水盆地”发现了一种新型趋磁细菌,新细菌用硫酸盐化合物呼吸,不仅能产生磁铁矿物结晶,还能产生硫复铁矿物结晶,在生物技术和纳米技术方面具有重要应用价值。相关论文发表在近期出版的《科学》杂志上。

恶水盆地位于美国加利福尼亚州和内华达州交界的死亡谷国家公园边缘,研究人员每天采集此地的水样,寻找具有不同磁性的微生物。他们把发现的新细菌称为BW-1,在拍摄的视频中,BW-1细菌正沿着磁场方向游动。趋磁细菌是一种单细胞微生物,几乎所有水体中都有。由于这种细菌产生的磁铁矿或硫复铁矿形成了纳米结晶,它们会朝向磁场并沿着磁场方向运动,就像一个会游泳的微型指南针。这种磁性结晶让细菌及其内部结晶磁小体在药物递送及医疗成像方面具有重要价值。

经过分离培养和DNA分析,研究人员发现BW-1细菌有两套磁小体基因,这是和其他趋磁细菌不同的地方,其他趋磁细菌只有一套磁小体基因,只能产生一种矿物质。内华达大学拉斯维加斯分校的丹尼斯•贝兹林斯基解释说,这一发现表明,BW-1能产生磁铁矿和硫复铁矿可能是分别受这两套基因控制,代表了一种新的、前所未知的硫酸盐还原菌群,它们用硫酸盐化合物来“呼吸”,而绝大多数的有机生物都是用氧气来呼吸。这对于大量生产两种矿物中的任一种非常重要。

“硫复铁矿是一种硫化铁,由于它在物理性质和磁性方面和氧化铁形成的磁铁矿略有不同,因而在某些应用上优于磁铁矿。”贝兹林斯基说,目前实验室只能培养出多种产生磁铁矿结晶的细菌,而这是首次发现能产生硫复铁矿的菌种。“此前,科学家从未分离出能产生硫复铁矿的细菌,也没有对它们的结晶进行过生物医学及其他方面的应用测试。”

美国国家科学基金会地球科学分部项目主管恩瑞奇塔•巴瑞亚表示,该发现的重要意义在于这种细菌含有特殊的基因,能合成磁铁矿和硫复铁矿,且它们磁小体的成分会随着环境中化学成分的变化而不同。

 

A Cultured Greigite-Producing Magnetotactic Bacterium in a Novel Group of Sulfate-Reducing Bacteria

Christopher T. Lefèvre, Nicolas Menguy, Fernanda Abreu, Ulysses Lins, Mihály Pósfai, Tanya Prozorov, David Pignol, Richard B. Frankel, Dennis A. Bazylinski

Magnetotactic bacteria contain magnetosomes—intracellular, membrane-bounded, magnetic nanocrystals of magnetite (Fe3O4) or greigite (Fe3S4)—that cause the bacteria to swim along geomagnetic field lines. We isolated a greigite-producing magnetotactic bacterium from a brackish spring in Death Valley National Park, California, USA, strain BW-1, that is able to biomineralize greigite and magnetite depending on culture conditions. A phylogenetic comparison of BW-1 and similar uncultured greigite- and/or magnetite-producing magnetotactic bacteria from freshwater to hypersaline habitats shows that these organisms represent a previously unknown group of sulfate-reducing bacteria in the Deltaproteobacteria. Genomic analysis of BW-1 reveals the presence of two different magnetosome gene clusters, suggesting that one may be responsible for greigite biomineralization and the other for magnetite.

文献链接:http://www.sciencemag.org/content/334/6063/1720.abstract?sid=a3ccf1ba-ac8b-4b24-93c8-be4a917a1804

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