趨磁細菌研究方法及模式菌AMB-1生理特性研究.pdf

1、趨磁細菌是一類能在細胞內(nèi)積累生物膜包被的，納米尺寸、單磁疇級別晶體顆粒(磁小體)的細菌。磁小體在細胞內(nèi)呈鏈狀或叢狀排列，作為細菌的“生物磁針(biocompass)”，感受地球磁場或外加磁場，使菌體沿磁場方向定向游弋或排列，這種特性也叫“趨磁性”。由于趨磁細菌獨特的磁場運動特性、牛物學特性以及磁小體作為生物活性物質(zhì)的固定載體、磁記憶材料等方面廣闊的應用前景，趨磁細菌和磁小體的研究引起了微生物學、生物磁學、地質(zhì)學和材料學領域?qū)W者的興趣。3

2、0年來，研究者在諸如趨磁細菌的生態(tài)分布、菌種分離篩選、系統(tǒng)進化和分類以及菌體生理生化特征，磁小體的物化特性、合成機制和牛物礦化過程等方面，對趨磁細菌展開了深入系統(tǒng)的研究，同時，磁小體在磁性納米材料、牛物醫(yī)藥工程等領域的應用也得到了廣泛的研究。 磁螺菌AMB-1(Magnetospirillum sp．AMB-l)是Mataunaga等從日本東京一天然淡水泉沉積物(pH6.5-7.0)中分離得到的一株螺旋形趨磁細菌。與其它純培養(yǎng)

3、的趨磁細菌相比，AMB-1氧耐受度高，微好氧和厭氧條件下合成Fe<，3>O<,4>型磁小體，該菌可以在瓊脂固體平板上生長，形成不含磁小體的白色菌落或含磁小體的棕黑色菌落。因此，AMB-1是研究趨磁細菌非常合適的模式菌株，該菌的全基因組測序也完成。但目前人們對磁小體生物礦化的精細過程仍不清楚，磁小體發(fā)酵生產(chǎn)的產(chǎn)量仍然很低，制約了磁小體的研究應用。 由于缺乏必要的趨磁細菌測量系統(tǒng)和趨磁細菌的研究方法，以及菌株分離培養(yǎng)難度極大，國內(nèi)

4、的趨磁細菌研究進展比較緩慢。本論文以磁螺菌AMB-1(Magnetospirillum sp．strain AMB-1，ATCC 700264)為模式菌株，對趨磁細菌的物理表征及其生理特征等方面開展了細致的研究，有許多新發(fā)現(xiàn)，對趨磁細菌的物理與生理特征有了新的認識。本項研究取得如下研究結(jié)果： ①建立了趨磁細菌的磁場運動性觀察和趨磁細菌磁分離方法 利用條形磁鐵形成的簡單磁場，建立了利用標準液滴法進行趨磁細菌磁場方向定向運

5、動性觀測方法，發(fā)現(xiàn)含有磁小體的AMB-1細胞沿磁場方向分層相向快速運動。簡化了AMB-l雙吸收法測定細胞磁敏性系數(shù)(C'mag的方法，確定了細胞平均磁小體數(shù)量和C'mag具有一定的相關性。根據(jù)磁場T作距離，改進和設計了毛細管磁分離器、水平式磁分離器和倒置式磁分離器，使川條形磁鐵形成的梯度磁場(磁分離時問：15-20min)或者使用Helmholtz電磁線圈形成的均勻磁場(磁感應強度：2-20Gs，磁分離時問：10-15min)成功實現(xiàn)了

6、混合菌懸液中含磁小體AMB-1菌株的分離純化。利用建立的趨磁細菌磁分離方法，對取自山東省境內(nèi)的部分樣品進行了分離篩選，得到了幾株含電子致密顆粒的細菌。 ②建立了產(chǎn)磁能力強AMB-l菌株的快速篩選方法 AMB-l連續(xù)培養(yǎng)過程中，易發(fā)生磁小體合成能力減弱或喪失的突變。通過試驗，改進了毛細管磁分離器，利用該分離器將液體深層培養(yǎng)中產(chǎn)磁能力強，運動性好的AMB-l菌株快速分離篩選出來。 ③研究了AMB-l液體培養(yǎng)特性和

7、磁小體合成進程 研究結(jié)果了不同的培養(yǎng)基體系對菌體的生長和磁小體合成影響，確定了適合AMB-l菌體生長和磁小體合成的培養(yǎng)基成分，添加琥珀酸和硝酸鈉以及多肽、巰基乙醇酸鈉等少量有機物，有利于AMB-l菌體生長和磁小體合成。研究發(fā)現(xiàn)：某一濃度的氧氣能促進AMB-1生長，但抑制細胞的運動性和磁小體合成能力；采用前期振蕩培養(yǎng)獲得菌體最大生長量，后期靜止培養(yǎng)生產(chǎn)磁小體的兩步發(fā)酵法，并不適用于發(fā)酵AMB-1生產(chǎn)磁小體；初始菌種(培養(yǎng)到指數(shù)生長

8、期前期)是否含磁小體對菌體的生長進程影響不大，但對磁小體合成略有影響，缺鐵靜止培養(yǎng)所得的菌種進行靜止含鐵培養(yǎng)時，細胞具有更強的磁敏性；加大接種量不能改變菌體的最大生長量，但能縮短延遲期；鐵是合成磁小體的必需元素，在一定濃度范圍內(nèi)，鐵能制約細胞合成磁小體的總量，但加大初始奎尼酸鐵的濃度，并不能增加磁小體的合成。研究發(fā)現(xiàn)，磁小體的合成發(fā)生在菌體的指數(shù)牛長期和穩(wěn)定期，從頭合成磁小體的細胞能同時合成多個磁小體雛形，磁小體的合成過程表現(xiàn)為磁小體數(shù)