趋磁细菌WM-1的分离鉴定及磁小体特性研究

摘要

趋磁细菌是一类能在细胞内产外被生物膜、纳米尺寸、单磁畴磁小体的微生物。磁小体在细胞内一般呈链状排列，使菌体感受外界磁场产生趋磁性行为。趋磁细菌的磁小体不产生细胞毒性，具有极好的生物相容性，可作新一代纳米材料应用于材料、生物工程、临床医药、废水处理、物理学和电化学等领域。趋磁细菌是国际微生物学研究的前沿之一，但由于种种原因，在这个领域进展缓慢。
　　 本研究采集武汉市青山北湖的淤泥，加入富集培养基，富集一个月后，对此富集液用经过自行设计的趋磁细菌收集装置进行收集。通过分离、纯化到一株趋磁细菌，命名为WM-1。WM-1的细胞形状为螺旋菌，大小为0．2-0．4×3．0-4．0um。透射电子显微镜观察表明细胞内含有电子致密物质(磁小体)，呈链状排列，最多的细胞含15颗致密物质。用能谱对此致密物质进行分析，发现其主要由铁的氧化物构成。用能谱对WM-1菌体也进行了分析，发现冻干菌体含有1．2％的铁元素。对分离的磁小体进行电子选区衍射，通过计算电子衍射数据，然后与PDF卡上数据进行对比，与编号19-0629的数据相吻合，即WM-1产的磁小体为磁铁矿(Fe3O4)。统计分析显示磁小体长为54±12．3 nm，宽为43±10．9 nm，平均每个细胞产8±3．4个磁小体。菌株WM-1革兰氏染色阴性，在微好氧时合成磁小体，好氧能生长但不合成磁小体。以两株趋磁细菌WD-1和MS-1为参照，对WM-1的部分生理特性分析比较，发现菌株WM-1在生理特性方面与WD-1和MS-1有很多不同。16SrDNA序列分析显示，WM-1菌株属于Alpha-Proteobacteria,与Magnetospirillum属的亲缘关系最近。菌株WM-1的G+C含量为65．7 mol％，据《伯杰氏细菌鉴定手册》(2004版)这个值使WM-1位于Managnetospirillum两种。采用RAPD方法对两个16SrDNA相似性高的趋磁螺菌(AMB-1和WM-1的相似性为97．6％)进行了分析。利用正交实验优化RAPD反应条件，得到重复性结果，发现二者的差异比较大，相似值约为45％。用原子吸收法测定了菌株WM-1菌体含铁量为10．6 dry wt，是具有代表性的异养菌Heterotrophic bacteria含铁量的50倍。并且还研究了菌株WM-1对铁离子的吸收动力学，发现WM-1吸收铁离子符合简单的Mictlaelis-Menten动力学方程，用Lineweavei-Burk拟合，得到其吸收常数Km=2．5uM Fe(Ⅲ)，Vmax=0．83min-1。对磁小体晶体进行单晶电子衍射，发现其晶体结构沿[011]区域的面为{111}，{222}，{220}，{200}和{400}。用x射线衍射、PPMS和穆斯堡尔谱对菌株WM-1进行了表征，发现趋磁细菌的矫顽力鼠是磁小体鼠的两倍。而低温Moskowitz test能鉴定趋磁细菌的合成的磁小体存在。研究了影响趋磁细菌WM-1生长的因素，以正交实验设计的方法，确立了趋磁细菌WM-1的最佳培养条件为：0．68 gl-1 KH2PO4，0．035gl-1抗坏血酸，10．0 mll-1Wolfe’s vimin solution，5．0 mll-1 Wolfe’s mineral solution，2．0 mll-0．01 M的奎尼酸铁，氧气浓度为4％，m酒石酸：m酒石酸=1：2，CN。NO3=100 mgL-1，pH=7．0，培养温度为28℃。趋磁细菌WM-1在最佳培养基中前12小时处于延滞期，进入对数期生长期的时间为24小时。