趋磁细菌及磁小体的生物医学应用研究进展

近年来,趋磁细菌及其生物自身合成的磁小体由于良好的生物安全性逐渐被人们所认识,并被用于生物工程和医学应用研究。与人工化学合成磁性纳米颗粒相比,从趋磁细菌中提取的磁小体具有生物膜包被、生物相容性高、粒径均一及磁性高等优势。趋磁细菌因磁小体在其胞内呈链状排列,具有沿磁场方向泳动的能力,也被应用于各种应用研究。因此,综述了趋磁细菌及磁小体特性,并就最近的研究进展重点综述趋磁细菌和磁小体在生物工程及医学应用等领域的最新研究进展。     

趋磁细菌及磁小体在肿瘤治疗中的应用

提高抗肿瘤药物的靶向性是肿瘤治疗、降低药物副作用的重要手段。在肿瘤组织内部由于癌细胞的快速增殖致使其形成低氧区,低氧区会对多种肿瘤治疗方案产生耐受。趋磁细菌 (Magnetotactic bacteria, MTB) 是一类能在细胞内产生外包生物膜、纳米尺寸、单磁畴磁铁矿 (Fe3O4) 或硫铁矿 (Fe3S4) 晶体颗粒-磁小体的微生物的统称。在磁场的作用下,趋磁细菌可凭借鞭毛运动至厌氧区。趋磁细菌在动物体内毒性较低且生物相容性良好,其磁小体与人工合成的磁性纳米材料相比优势显著。文中在介绍趋磁细菌及其磁小体生物学特点、理化性能的基础上,综述了趋磁细菌作为载体偶联药物进入肿瘤内部,并通过感受低氧信号定位于肿瘤低氧区,以及趋磁细菌竞争肿瘤细胞铁源的研究进展,总结了磁小体运载化疗药物、抗体、DNA疫苗靶向结合肿瘤的研究进展,分析了趋磁细菌及磁小体肿瘤治疗中面临的问题,并对趋磁细菌和磁小体在肿瘤治疗中的应用进行了展望。     

趋磁细菌的磁小体

趋磁细菌是一类对磁场有趋向性反应的细菌,其菌体能吸收外界环境中铁元素并在体内合成包裹有膜的纳米磁性颗粒Fe₃O₄或Fe₃O_{3S4晶体即磁小体。综述了趋磁细菌的磁小体生物矿化的条件,以及趋磁细菌的铁离子吸收、磁小体囊泡的形成、铁离子的转运到磁小体囊泡及囊泡中受控的Fe3O4生物矿化的分子生物学和生物化学等方面的研究进展,重点介绍了趋磁细菌磁小体合成机制的研究进展及未来研究磁小体的发展方向。}     

趋磁细菌纳米磁小体的培养与分离及其在医学上的应用进展和前景

趋磁细菌是一种对磁场有趋向性反应的细菌,其原因是它们体内能合成一种特殊的细胞器-磁小体;由于磁小体有着大小合适,磁性强,表面易修饰等诸多优点,在诸多领域,尤其是医学领域有广泛的应用和广阔的前景.本文主要就从环境中区分和分离趋磁细菌;对其不同培养条件的优化与选择;从细菌体内提取磁小体并加以纯化;将不同药物偶联于磁小体之上的方法及其在医学上如,制造磁性细胞,磁分离技术,生物传感与检测技术,并将其作为靶向药物的载体,肿瘤治疗,基因治疗等方面的应用现状和前景作简要论述.     

Acidthiobacillus ferrooxidans中磁小体的提取

At.f和趋磁细菌在生理特性和生长环境有一定的相似性,而且镜检发现At.f具有趋磁性,所以本文采用了趋磁细菌中磁小体的提取方法尝试提取At.f中的磁小体,用超声波破碎At.f后,以磁铁吸取其体内的磁性颗粒,经过检测,发现其体内确实存在含铁元素的磁性颗粒。提取粗样品经过电镜分析,证实其体内存在着少量由脂质包裹的磁小体。磁小体悬浮液经过蔗糖密度梯度离心纯化后,对其作透射电镜,可以清晰的看到磁小体。实验结果表明,At.f体内存在少量的磁小体,正是由于磁小体的存在,才使得At.f在外加磁场作用下发生磁生物效应。这是首次发现从酸性矿坑水分离的At.f具有趋磁性,并从中提取到了磁小体,可以利用At.f的趋磁性将其按照不同磁性进行分离,从而获得活性高的、对不同磁性矿物有特异性的高效浸矿菌种。     

趋磁细菌及其应用于生物导航的研究进展

趋磁性细菌是一种由于体内含有对磁场具有敏感性的磁小体,而能够沿着磁力线运动的特殊细菌,本文综述了趋磁细菌的分布、分类、特性、磁小体研究以及趋磁细菌在生物导航方面的研究进展.     

趋磁细菌多样性与应用研究进展 *

趋磁细菌是一类可以沿磁场方向进行运动的微生物统称,在细胞内合成由生物膜包被、链状排列、纳米级、单磁畴的磁铁矿 (Fe₃O₄) 或胶黄铁矿 (Fe₃S₄) 的磁小体颗粒。趋磁细菌在自然界分布广泛且多样性丰富,不仅在水环境和沉积环境的铁、硫、碳、氮、磷等元素生物地球化学循环中发挥重要作用,而且在污染治理、疾病诊断和治疗等方面有较好的应用。趋磁细菌磁小体由生物膜包被并在细胞调控下合成,是一类新型的生物源磁性纳米材料。相比常规化学合成的磁性纳米颗粒,磁小体具有大小均一、生物相容性高、兼具化学修饰和基因工程修饰功能等特点,在磁性分离、固定化酶、食品检测、环境监测、医学诊断、磁共振成像、磁热疗和靶向治疗等方面具有广阔的应用前景。在介绍趋磁细菌多样性研究的基础上,综述了趋磁细菌和磁小体的制备、修饰及其应用的最新进展,并对未来的研究进行了展望。     

磁小体膜蛋白Mms6功能与应用研究进展

磁小体是趋磁细菌的内膜内陷形成的一种特殊生物矿化产物。磁小体在细胞内呈现为链状,外部有一层生物膜包裹,内部是四氧化三铁纳米晶体。这些磁性纳米晶体有着高度均一的尺寸和形貌。目前大量研究结果表明磁小体膜上的蛋白与铁离子的富集、氧化还原反应以及晶体成核、生长有着重要的关系。综述了趋磁细菌从吸收铁离子到矿化形成磁性纳米颗粒过程中,磁小体膜蛋白的功能,重点介绍了六号特殊膜蛋白Mms6的结构特性与功能。同时总结了Mms6作为一种仿生的添加剂在新型磁性纳米材料中的应用,并且讨论了Mms6在磁小体形成中可能的分子调节机制,旨为进一步了解生物矿化机制提供思路。     

趋磁细菌磁小体合成机制研究进展

趋磁细菌可在环境中吸收大量铁并在细胞内合成纳米级磁性颗粒—磁小体。比较几种趋磁细菌基因组特征,针对磁小体岛及与磁小体合成相关基因功能特点等方面,综述了当前磁小体合成机制的研究进展。     

趋磁细菌及其应用于生物导航的研究进展

趋磁性细菌是一种由于体内含有对磁场具有敏感性的磁小体,而能够沿着磁力线运动的特殊细菌,本文综述了趋磁细菌的分布、分类、特性、磁小体研究以及趋磁细菌在生物导航方面的研究进展。     

细菌纳米磁小体有望作为靶向药物载体

趋磁细菌细胞内合成的纳米磁小体具有颗粒均匀,晶型稳定的特点,每个磁小体有脂膜包被。提纯的磁小体毒性低,生物相容性好,可作为多种药物和大分子化合物的载体而应用于定向治疗肿瘤。本文介绍了细菌磁小体的结构特点,提出了采用细菌磁小体连接抗癌药物的策略,讨论了建立磁小体载药体系靶向治疗癌症的可能性。     

趋磁细菌蛋白参与磁铁矿生物矿化机制的研究进展

生物矿化是生命体系中的一种重要而又特殊的生理过程。生命体中存在着各种各样的生物矿化产物,从生物体骨骼与牙齿到纳米级的金属氧化物都是生物矿化的产物。生物矿化与普通矿化的最大不同就是其反应过程中有生物分子、生物代谢、细胞以及有机基质的参与。多种生物因素参与的矿化反应,不仅反应条件温和,而且反应产物具有更好的材料性能和生物兼容性,最为典型的是趋磁细菌可以通过生物矿化过程形成尺寸均一、单磁筹的生物膜包裹着的磁性纳米晶体——磁小体。本文主要介绍了趋磁细菌重要磁小体膜蛋白以及铁载体蛋白(铁蛋白)在磁铁矿生物矿化过程中的作用和功能,综述了该领域的最新研究概况。通过对趋磁细菌发生生物矿化过程的深入探讨可进一步揭示生物大分子调控无机矿物生长的分子机制,为仿生合成新型生物材料提供重要的理论依据。     

细菌磁小体的修饰及其在病原物检测中的应用

趋磁细菌可以在细胞内合成Fe3O4或F3S4颗粒,称为磁小体。磁小体粒径为纳米级,晶形稳定,有质膜包被,在免疫检测、临床诊断、靶向治疗、污水处理等方面均有很好的应用前景。文章主要介绍采用化学法和生物法对磁小体进行修饰,并利用修饰后的磁小体对病原物进行免疫磁性分离、前期诊断和痕量检测的方法。     

趋磁细菌磁小体研究进展*

趋磁细菌能在细胞内形成由膜包裹的纳米级单畴磁性颗粒——磁小体。磁小体的形成是受生物严格控制的矿化过程,包括铁离子的吸收、转运和结晶成核等。磁小体膜在磁铁矿(Fe3O4)晶体的形成中起着重要的作用。主要介绍近年来关于磁小体形成过程和参与这一过程的蛋白质等方面的一些重要研究进展。     

趋磁细菌磁小体研究进展

趋磁细菌能在细胞内形成由膜包裹的纳米级单畴磁性颗粒——磁小体。磁小体的形成是受生物严格控制的矿化过程,包括铁离子的吸收、转运和结晶成核等。磁小体膜在磁铁矿（Fe3O4）晶体的形成中起着重要的作用。主要介绍近年来关于磁小体形成过程和参与这一过程的蛋白质等方面的一些重要研究进展。     

趋磁细菌概述及应用进展

趋磁细菌是一类具有趋磁行为的革兰氏阴性茵的统称,其趋磁特性是由于菌体内含有磁小体。磁小体是由膜包被的纳米尺寸单磁畴颗粒,在菌体内多呈链状排列。自被发现以来,趋磁细菌及磁小体已逐步成为新的生物资源被广泛研究于材料学、医学、生物学、物理学、地质学等多个学科领域,并在仿生学、生态学、医学、地质学、工业处理、卫生检验等多个领域得到应用。主要介绍了趋磁细菌的生物特征、研究发展进程,以及近年来在多个学科领域的研究与应用。     

趋磁细菌AMB-1生物矿化相关蛋白Mms6参与磁小体的合成

【目的】研究趋磁细菌AMB-1生物矿化相关蛋白Mms6与磁小体合成的关系。【方法】在液体静置培养条件和好氧条件下对AMB-1进行培养,分析基因mms6在不同培养条件下转录水平的变化;对基因mms6进行基因敲除,分析突变株的生长和产磁变化。【结果】基因mms6的转录水平随着磁小体的合成逐渐升高;mms6的突变导致菌株在液体静置培养条件下趋磁性降低约50%,但不会影响菌株的生长水平。【结论】基因mms6参与了趋磁细菌AMB-1胞内磁小体的合成。     

磁泳分离细菌新方法的研究

从酸性矿坑水中富集培养分离到的嗜酸氧化亚铁硫杆菌（Acidithiobacillus ferrooxidans,A.ferrooxidans）[1-2] 菌同趋磁细菌具有一定的相似性。通过显微镜观察发现,部分浸矿细菌在外加磁场的作用下具有微弱的趋磁性,基于菌种的这种特性,设计了磁泳分离仪,对其在磁场作用下泳动（磁泳）进行分析,经磁泳后的近磁、远磁菌的生理特性有较大的差异。从用涂布平板法获得的近磁菌纯培养A. ferrooxidans菌体中,分离得到纳米磁性颗粒,能谱分析表明,其主要成分为Fe和O元素。实验结果证明,A. ferrooxidans具有微弱趋磁性,采用磁泳分离该类菌体内含有磁性颗粒的细菌是可行的,这一分离技术的进一步完善和改进将为传统的微生物菌种分离提供一种新型分离技术,也将大大促进趋磁细菌的研究,而且它与浸矿工艺的结合将大大促进我国生物冶金的研究步伐。     

趋磁细菌生态学研究进展

趋磁细菌是一类革兰氏阴性的原核生物,广泛分布于淡水和海水环境中的有氧-无氧过渡区.趋磁细菌的分布与其环境中的氧、硫化物及铁等的浓度相关,不同种类分布在不同的物化梯度范围内.趋磁细菌的生长、磁小体的合成及磁小体的成分对环境有一定程度的指示作用.它们在生物地球化学循环中起着重要的作用.主要针对以上研究内容进行回顾,同时结合本实验室的一些研究结果做初步的分析,并对趋磁细菌生态学研究进行展望.     

趋磁性细菌的研究与应用现状

趋磁性细菌是一类能够沿着磁力线运动的特殊细菌,其细胞内含有对磁场具有敏感性的磁小体,它起了导向的作用。国内外已对其分离培养、菌体特性、基因遗传等方面进行了大量研究,并探讨了其在传感技术、临床医药、废水处理等多方面的应用,大大推动了人类在生物磁学领域的研究进展。