趋磁细菌AMB-1培养条件优化及磁小体变化过程研究

【摘要】： 趋磁细菌(Magnetotactic bacteria)的研究是国际微生物学研究热点之一。趋磁细菌体内含有纳米单磁畴的氧化铁/硫化铁(Fe3O4或Fe3S4)晶体,称为磁小体。由于趋磁细菌营养条件要求苛刻,在环境中需要微好氧条件,且营养类型属于化能自养,使得培养趋磁细菌时常遇到问题。 本研究首先通过正交试验优化趋磁细菌AMB-1菌株培养条件,在培养条件铁源为奎尼酸铁0.02 mmol/L,装瓶量75% ,pH值6.7,温度25℃时,AMB-1 OD600达到0.440(1.166×109 cells/ml)。同时运用磁收集传代法,使带有磁小体的AMB-1细胞比例占95%以上(Cmag值稳定在1.9-2.0)。 在AMB-1具有较好的生物量,同时又具有较好的含磁小体细胞比例后,研究磁小体的变化过程。通过透射电镜观察磁小体变化过程,发现培养24 h细菌体内已有较小晶体形成(平均27 nm,n=188)且沿长轴分布;48 h晶体长大(平均43 nm,n=203)且形成分段链沿长轴排列;72 h晶体进一步成熟(平均50 nm,n=191)仍以分段链沿长轴排列;随后细菌逐渐衰亡磁小体变小,168 h可见部分自溶细菌中仍有磁小体链(平均37 nm,n=186);192 h细菌自溶磁小体链(平均33 nm,n=184)分散到环境中。 通过透射电镜在细胞水平上研究趋磁细菌细胞分裂时发现,磁小体在细菌分裂时采用两种分离方式:一种为磁小体分配到两个子细胞;另一种为磁小体只分配到一个子细胞。无磁小体的子细胞,在随后的生长过程又分为两种情况:一种为细胞逐渐产生磁小体,另一种为不再产生磁小体。这种现象的发现,解释了随着传代次数的增多,细菌磁性有所下降的原因(Cmag值降低)。 在对趋磁细菌磁小体合成机制的研究中,常使用基因敲除的办法获得缺陷型,并与野生型对比进行研究。但是,利用基因敲除获得缺陷型不仅操作繁琐并且所得缺陷型不稳定。本研究利用特殊的磁富集传代法,先将带有磁小体的菌体收集并连续传代,筛选获得了高磁菌株;利用这种方法,收集不含磁小体的菌体并连续传代,筛选获得了无磁菌株。 趋磁细菌磁小体在医疗、环保等领域具有广阔应用价值,但是目前由于趋磁细菌难以大规模培养,并且磁小体纯化存在成本高等原因,将磁小体真正实际应用尚有一段距离。通过研究磁小体在趋磁细菌中的变化过程发现,AMB-1菌株在培养192 h后自溶,并且磁小体随着细胞的破碎释放到环境中去。