一个新的铁还原酶在磁螺菌铁代谢及磁小体合成中的作用

以磁螺菌标准菌株M. gryphiswaldense MSR-1为材料，前期纯化出高活性铁还原酶并完成了蛋白的N端测序，经分析其酶学性质，发现该酶为磁细菌中一个新的铁还原酶。本研究拟克隆这一铁还原酶基因，通过体外表达进一步验证其酶学性质；构建该基因双交换突变株，比较野生型和突变株在对铁的吸收、胞内铁含量及磁小体合成量等的差异；通过构建目的基因与荧光蛋白基因融合表达的重组菌株，对该铁还原酶基因进行定位分析；通过体外凝胶阻滞实验，分析确定该基因的转录是否受到菌株铁代谢全局调控因子Fur 蛋白的直接调控。研究结果，将揭示该基因在菌株铁代谢中所执行的功能及其在磁小体合成途径中的作用，可为深入研究磁小体合成及生物矿化机制积累信息。

格瑞菲斯瓦尔德趋磁螺菌MSR-1菌株不能分泌铁载体，但它可以吸收大量的三价铁并在胞内合成磁小体。我们以往的研究表明，在MSR-1中有6个铁还原酶同工酶（定名为FeR1-FeR6）。在这些同工酶中，FeR5含量较多，FeR6的活性最高。本研究克隆了fer5 和fer6基因并将它们在大肠杆菌中表达成功。氨基酸序列同源性分析和结果预测分析，结合酶活性检测表明，FeR5和FeR6均为双工能酶（数据来源于基因库）。FeR5是一个硫氧还蛋白还原酶，FeR6是一个黄素还原酶。为进一步研究两个酶的功能，我们构建了２个单基因突变株　(Δfer5 ， Δfer6)和一个双基因突变株（Δfer5+6）及它的分别用两个单基因互补的菌株（C5, C6）。.比较菌株表型和生理特点，没有发现野生菌株和单基因突变株明显的差异，但双突变菌株降低了铁的吸收能力，不能合成磁小体。任何一个单基因的互补，均可部分恢复双突变株磁小体形成。采用实时定量PCR分析野生菌株和突变株相关基因的转录水平，揭示了两个基因的转录规律并证明了这两个双工能酶在磁小体合成中具有互补作用。