趋磁细菌磁小体合成的相关操纵子和基因

趋磁细菌的磁小体作为天然的磁性纳米材料，具有各种优良的特性，在免疫磁性分离、检测技术和靶向肿瘤治疗等领域中有广泛的应用。磁小体颗粒均一，有稳定的晶体和磁学性质，表面有脂膜性质的磁小体膜包裹，这些特点使磁小体能够作为多种化合物和生物分子的载体，利用脂膜及其具有的各种基团来连接化合物或锚定蛋白。磁小体能够作为X射线和核磁共振的造影剂，也能介导肿瘤热疗来治疗宫颈癌、软组织肉瘤等疾病。磁小体在医疗领域还有很多其它的应用，因此人工批量生产磁小体具有重要意义。为了理解磁小体在趋磁细菌细胞中的具体合成机理，我们收集并汇总了近二十年关于磁小体合成机制的各类研究。这些研究都指出mamAB操纵子及其内部的多个基因在磁小体合成中具有关键作用，而其它四个小型操纵子包括mamGFDC、mamXY、mms6、feoAB1则在磁小体的生物矿化中发挥辅助作用。随着一些全新趋磁细菌种类的发现，一些与磁小体合成相关的全新基因和基因组区域，例如δ-变形菌的mad基因簇和趋磁硝化螺旋菌的man基因也被人们找到。基于操纵子和基因的研究成果，人们提出了各种各样的磁小体合成假定机制模型，以帮助理解磁小体产生的分子机制，其中2018年Arakaki的模型是一个相对全面的磁小体合成模型，能够提供分子和细胞机制的详细信息。随着趋磁细菌研究的不断发展，中国科学家在这个领域发挥了越来越重要的作用。有些国内学者发现了新种类的趋磁细菌，有些学者提出了生物感磁行为演化的新假说，有些学者测量了特定水域中趋磁细菌的多样性。 在磁小体研究领域，我们引入了蛋白质序列功能分析的策略，把已发现的磁小体合成相关基因编码的蛋白质序列递交给InterPro数据库分析，发现了核心基因与其它基因在演化中的关系，也找到了辅助基因编码的蛋白质序列的一些普遍特征。我们希望未来可以开展构建缺陷型趋磁细菌菌株的工作，获得磁小体合成基因稳定的菌株。我们也想通过基因工程来改变一些趋磁细菌代谢物的代谢途径，确保磁小体的顺利合成。我们还可能调控磁小体合成过程中一些基因的表达，这些基因可以控制铁的吸收、转运及存储，实现提高磁小体产量的目标。我们还想把一些控制磁小体晶体的功能性蛋白直接表达在磁小体表面，从而更有效地获得功能化的磁性纳米颗粒。我们的设想还有很多，将来我们将继续吸纳各位对磁小体感兴趣的教师学生，组建跨学科科研团队，积极开展趋磁细菌各领域的创新研究，为材料学、生物学、医学、军事科技学等学科的发展做出更大的贡献。

杨一子，何世颖，顾宁. 趋磁细菌磁小体合成的相关操纵子和基因.科学通报，2019, 预发表.