地質地球所成功分離培養趨磁螺菌XM1

　　趨磁細菌是細胞內基因控制合成生物膜包被、納米尺寸、單磁疇磁鐵礦（或膠黃鐵礦）顆粒的微生物。細胞內產生的磁性納米顆粒稱為磁小體，它們在細胞內一般呈鏈狀排列，使細菌可以感受地磁場而沿地磁場磁力線游弋。因此，趨磁細菌被認為是生物地磁學和生物礦化作用研究的模式微生物。例如，在沉積物中保存的化石磁小體對于古地磁學、古環境重建及探索地球早期生命具有特殊意義；磁性強且穩定的磁小體可作良好的納米材料被應用于生物醫學工程、廢水處理、磁存儲介質和納米傳感器材料等。獲得可培養趨磁細菌是精細研究趨磁細菌趨磁性、生物礦化和磁學的需要。然而，由于趨磁細菌對氧濃度梯度等要求苛刻，同其他微生物一樣，趨磁細菌的分離和純培養十分困難，一直是制約趨磁細菌研究的瓶頸。

　　最近，中國科學院地質與地球物理研究所地球深部結構與過程研究室博士王寅炤和導師潘永信及其合作者，成功從沉積物中分離和培養了一株趨磁螺菌XM-1。樣品采集于西安地區現代沉積物，沉積物經過毛細管收集后直接涂布于固體趨磁螺菌培養基（MSGM）并厭氧培養。經過反復嘗試，成功實現分離和純化出XM-1菌株。16S rRNA基因序列分析顯示該菌株屬于α-變形菌綱，與Magnetospirillum屬的親緣關系很近。透射電子顯微學分析顯示該螺菌細胞長平均約0.3±0.1μm，每個細胞內含有約10個磁小體顆粒，呈鏈狀排列，磁小體為磁鐵礦顆粒，磁小體尺寸為43.7 ± 12.9 nm（圖1）。巖石磁學分析結果表明，磁小體的矯頑力和剩磁矯頑力分別為31 mT和42 mT，飽和剩磁和飽和磁化強度比值為0.47，為單磁疇顆粒；高精度一階反轉曲線圖具有明顯的中心脊分布特征，顯示磁小體鏈具有極弱的靜磁相互作用（圖2）。

　　此外，他們還通過結合生長效應面法和磁學方法優化了XM-1合成磁小體的能力。發現XM-1在以琥珀酸為單一碳源的培養基中生長，最大細胞干重可達0.37g/L，合成磁小體為7.1mg/L，比在未優化MSGM培養基中提高20多倍，這對于將來磁小體的規模化生產具有重要參考價值。

　　該研究成果近期發表在國際微生物學期刊FEMS Microbiology Letters（Wang et al. Characterization and optimizing magnetosome production of new Magnetospirillum sp. XM-1 isolated from Xi’an City Moat, China. FEMS Microbiology Letters, 2015, 362(21): doi: 10.1093/femsle/fnv167）。

圖1 趨磁螺菌XM-1及提純磁小體的透射電子顯微鏡照片；(A)趨磁螺菌XM-1；(B)磁小體高分辨電鏡照片；(C)磁小體3D模型；(D)磁小體晶格衍射圖；(E)提純磁小體電鏡照片；(F)磁小體選區電子衍射圖；(G)XM-1細胞尺寸分布；(H)每個細胞磁小體個數分布；(I)磁小體平均尺寸分布。

圖2 趨磁螺菌XM-1全細胞的磁學性質；(A)鐵磁共振譜；(B)低溫有場/零場冷卻曲線；(C)室溫磁滯回線；(D)等溫剩磁獲得曲線和直流場退磁曲線；(E)一階反轉曲線。