趨磁細(xì)菌（Magnetotactic bacterium）是一種能夠在外部磁場(chǎng)影響下進(jìn)行定向運(yùn)動(dòng)的特殊細(xì)菌。這類細(xì)菌在其體內(nèi)形成了納米級(jí)別的磁性顆粒——磁小體（Magnetosome）。趨磁細(xì)菌廣泛分布在土壤、湖泊和海洋環(huán)境中。
歷史沿革
趨磁細(xì)菌最早由理查德·P·布萊克莫爾（Richard P. Blakemore）在1975年發(fā)現(xiàn)。他在研究一種名為折疊螺旋體（Spirochaeta plicatilis）的細(xì)菌時(shí)，發(fā)現(xiàn)了磁小體的存在并進(jìn)行了命名。布萊克莫爾注意到這些細(xì)菌在顯微鏡下總傾向于朝向載玻片的一側(cè)移動(dòng)。當(dāng)他使用磁鐵接近載玻片時(shí)，細(xì)菌會(huì)朝著磁鐵的北極移動(dòng)。這一現(xiàn)象的原因在于趨磁細(xì)菌能夠產(chǎn)生含有鐵元素的微型磁性顆粒，這些顆粒具有南北兩極。細(xì)菌將這些顆粒排列成一條直線，形成長條狀的磁鐵，從而實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航目的。趨磁細(xì)菌之所以需要這樣的導(dǎo)航系統(tǒng)，是因?yàn)樗鼈儾幌矚g氧氣豐富的環(huán)境，而是偏好低氧或無氧區(qū)域。在水中，氧氣含量隨深度增加而減少，因此趨磁細(xì)菌通常棲息在水底。它們利用磁性羅盤確定向下方向，以便遷移到更深的水域，進(jìn)入缺氧環(huán)境。有趣的是，在南半球，由于地磁場(chǎng)北極指向上方，趨磁細(xì)菌呈現(xiàn)“南趨型”，而在赤道地區(qū)，則可能同時(shí)出現(xiàn)“南趨型”和“北趨型”。
形態(tài)特征
目前已知的趨磁細(xì)菌主要包括水生螺菌屬（Aquaspirillum）和嗜膽球菌屬（Bilophococcus）。這些細(xì)菌內(nèi)部含有數(shù)量不定、大小均一的磁小體，主要成分是Fe3O4和Fe3S4。磁小體來源于活體細(xì)胞，無毒且顆粒直徑范圍在20至100納米之間，具有較高的表面體積比。磁小體周圍包裹著一層磷脂、蛋白質(zhì)或糖蛋白組成的生物膜，構(gòu)成單磁疇晶體，顆粒間不聚集，也不會(huì)引起細(xì)胞毒性。每個(gè)細(xì)胞內(nèi)一般包含2至10個(gè)磁小體，其形狀可以是平截八面體、平行六面體或六棱柱體等。磁小體的主要功能是幫助細(xì)菌尋找適宜生存的微氧環(huán)境。
研究與應(yīng)用
趨磁細(xì)菌的研究引起了科學(xué)界的廣泛關(guān)注。盡管我們無法直接利用其磁性將物品吸附在冰箱上，但趨磁細(xì)菌所產(chǎn)生的微小磁鐵具有重要的應(yīng)用潛力。這些磁鐵的質(zhì)量優(yōu)于人工合成的同類產(chǎn)品，因此科學(xué)家和工程師正嘗試將其用于需要微小磁鐵的各個(gè)領(lǐng)域。日本學(xué)者M(jìn)rtsunaga在1991年預(yù)測(cè)，趨磁細(xì)菌的磁小體在未來十年將成為高新技術(shù)領(lǐng)域的新型生物資源。研究表明，超微粒磁性的特點(diǎn)使其在存儲(chǔ)介質(zhì)、磁性液體等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。此外，趨磁細(xì)菌也被視為在醫(yī)療領(lǐng)域具有一定的實(shí)用前景，如生產(chǎn)定向藥物或抗體，以及開發(fā)生物傳感器等。
參考資料 >
座談會(huì):趨磁細(xì)菌:從鞭毛運(yùn)動(dòng)到集體效應(yīng),Reviews of Modern Physics.學(xué)術(shù)期刊.2024-10-22
趨磁細(xì)菌多樣性與應(yīng)用研究進(jìn)展.中國生物工程雜志.2024-10-22
趨磁細(xì)菌改造及磁小體功能化的研究進(jìn)展.rhhz.2024-10-22