地质地球所成功分离培养趋磁螺菌XM1

　　趋磁细菌是细胞内基因控制合成生物膜包被、纳米尺寸、单磁畴磁铁矿（或胶黄铁矿）颗粒的微生物。细胞内产生的磁性纳米颗粒称为磁小体，它们在细胞内一般呈链状排列，使细菌可以感受地磁场而沿地磁场磁力线游弋。因此，趋磁细菌被认为是生物地磁学和生物矿化作用研究的模式微生物。例如，在沉积物中保存的化石磁小体对于古地磁学、古环境重建及探索地球早期生命具有特殊意义；磁性强且稳定的磁小体可作良好的纳米材料被应用于生物医学工程、废水处理、磁存储介质和纳米传感器材料等。获得可培养趋磁细菌是精细研究趋磁细菌趋磁性、生物矿化和磁学的需要。然而，由于趋磁细菌对氧浓度梯度等要求苛刻，同其他微生物一样，趋磁细菌的分离和纯培养十分困难，一直是制约趋磁细菌研究的瓶颈。

　　最近，中国科学院地质与地球物理研究所地球深部结构与过程研究室博士王寅炤和导师潘永信及其合作者，成功从沉积物中分离和培养了一株趋磁螺菌XM-1。样品采集于西安地区现代沉积物，沉积物经过毛细管收集后直接涂布于固体趋磁螺菌培养基（MSGM）并厌氧培养。经过反复尝试，成功实现分离和纯化出XM-1菌株。16S rRNA基因序列分析显示该菌株属于α-变形菌纲，与Magnetospirillum属的亲缘关系很近。透射电子显微学分析显示该螺菌细胞长平均约0.3±0.1μm，每个细胞内含有约10个磁小体颗粒，呈链状排列，磁小体为磁铁矿颗粒，磁小体尺寸为43.7 ± 12.9 nm（图1）。岩石磁学分析结果表明，磁小体的矫顽力和剩磁矫顽力分别为31 mT和42 mT，饱和剩磁和饱和磁化强度比值为0.47，为单磁畴颗粒；高精度一阶反转曲线图具有明显的中心脊分布特征，显示磁小体链具有极弱的静磁相互作用（图2）。

　　此外，他们还通过结合生长效应面法和磁学方法优化了XM-1合成磁小体的能力。发现XM-1在以琥珀酸为单一碳源的培养基中生长，最大细胞干重可达0.37g/L，合成磁小体为7.1mg/L，比在未优化MSGM培养基中提高20多倍，这对于将来磁小体的规模化生产具有重要参考价值。

　　该研究成果近期发表在国际微生物学期刊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）。

图1 趋磁螺菌XM-1及提纯磁小体的透射电子显微镜照片；(A)趋磁螺菌XM-1；(B)磁小体高分辨电镜照片；(C)磁小体3D模型；(D)磁小体晶格衍射图；(E)提纯磁小体电镜照片；(F)磁小体选区电子衍射图；(G)XM-1细胞尺寸分布；(H)每个细胞磁小体个数分布；(I)磁小体平均尺寸分布。

图2 趋磁螺菌XM-1全细胞的磁学性质；(A)铁磁共振谱；(B)低温有场/零场冷却曲线；(C)室温磁滞回线；(D)等温剩磁获得曲线和直流场退磁曲线；(E)一阶反转曲线。