PMMD蛋白调控趋磁细菌MSR-1中磁小体合成的机制研究

Magnetotactic bacteria (MTB) are a diverse group of aquatic microorganisms. Magnetosomes, membrane-bound magnetic nanocrystals with unprecedented magnetic properties, can be biomineralized by these MTB. Because of the special properties of the magnetosomes, MTB are of great interest for paleomagnetism, environmental magnetism, biomarkers in rocks, magnetic materials and biomineralization in organisms, and bacterial magnetites have been exploited for a variety of applications in modern biological and medical sciences. In our previous study, we identified the membrane proteins on the magnetosome and the differential expressed proteins of MSR-1 during magnetosome synthesis through proteome analysis. Our results have shown that “Putative Magnetosome protein MamD-like (PMMD)” protein was on the magnetosome’s membrane and was closely related to the magnetosome synthesis. In order to explore the mechanism of PMMD in biomineralization of MSR-1, we design to clone PMMD’s gene and construct PMMD-GFP or PMMD-His-tag fusion expression strain to demonstrate PMMD’s membrane location and find its interact proteins. This research will clarify the biological function of PMMD during magnetosome synthesis and give an insight into biomineralization.

趋磁细菌是一类水生原核生物，可从环境中吸收大量的铁，合成一种特殊的细胞器磁小体。磁小体作为趋磁细菌中的重要元件，其合成与环境中的物质转换特别是铁元素的循环相关，具有很好的应用前景。目前调控磁小体合成的分子机制仍有待深入研究。本课题组前期以磁螺菌M. gryphiswaldense MSR-1为材料，系统鉴定了磁小体的表面蛋白，并利用定量蛋白质组学技术发现磁小体表面蛋白PMMD在磁小体合成过程中表达上调，与磁小体合成密切相关。本研究拟在前期研究基础上，利用质谱技术构建PMMD的蛋白质相互作用网络，并结合分子、生化等手段，对PMMD蛋白调控磁小体合成的功能机制进行深入研究。研究结果将揭示PMMD蛋白在趋磁细菌磁小体合成途径中的作用及机制，为深入研究生物矿化机制提供重要线索。

趋磁细菌是一类水生原核生物，可从环境中吸收大量的铁在细胞内合成的一种特殊的细胞器磁小体，此过程是由一组复杂的特定基因控制的生物矿化作用。磁小体表面由一层脂质双分子膜包裹，膜上有非常独特的蛋白质，内部为磁性晶体。磁小体由于其独特的磁性和生物化学特性，代表了一类新的磁性纳米粒子。磁小体膜表面的蛋白质被认为在其生物矿化过程中起到调控作用，而研究这一过程是如何发生的，可以为设计具有改进性能的新材料提供见解。本课题组前期以磁螺菌M. gryphiswaldense MSR-1为材料，系统鉴定了磁小体的表面蛋白，并利用定量蛋白质组学技术发现磁小体表面蛋白PMMD在磁小体合成过程中表达上调，与磁小体合成密切相关。本研究在前期工作基础上，利用同源交换技术构建PMMD蛋白基因敲除的突变菌株，并用定量蛋白组对比了突变株与野生型之间的蛋白表达差异，并结合分子、生化实验，对PMMD蛋白敲除后受到影响的通路的功能机制进行了研究。研究结果揭示PMMD蛋白在趋磁细菌磁小体合成途径中参与调控细胞内离子的传输代谢以及氧化磷酸化过程，同时研究采用交联质谱的方法，对磁小体表面蛋白的网络进行了解析，得到了磁小体表面蛋白的部分相互作用网络，为深入研究生物矿化机制提供重要线索。