MamO和MamE调控磁螺菌MSR-1磁小体晶体形成的机制

趋磁细菌(magnetotactic bacteria)是一类特殊细菌，其典型特征是胞内合成纳米级磁小体(magnetosomes，40-100nm)。由于其为研究高等生物合成磁性颗粒机制和功能的模式生物、以及磁小体具有广泛的应用前景而备受关注。但迄今为止，磁小体生物合成的调控机制尚未有人涉足。为填补空白，我们首次证明了磁螺菌MSR-1中单基因mamO或mamE的突变和互补导致磁小体晶体形成表型的缺失和恢复。MamO和MamE都为丝氨酸蛋白酶家族蛋白，推测它们是磁小体晶体形成调控中的分子开关、SigmaECF是转录调控因子。为此提出本课题，旨在深入研究磁小体晶体形成的调控机制，建立SigmaECF、MamO和MamE调控磁小体晶体形成的分子模型。为打破磁小体合成受氧严格调控和构建高产磁小体的基因工程菌提供理论依据；使磁小体合成的条件变得简单，为磁小体的应用奠定基础。

趋磁细菌是一类合成磁性颗粒（磁小体）的特殊微生物，但其形成磁小体分子机制、生理意义和功能尚不清楚。为了研究磁小体形成的分子机制，构建了Magnetospirillum gryphiswaldense MSR-1 中sigmaECF，anti-sigmaECF，oxyR，crp等多个转录调节因子的突变和互补菌株。表型分析证明SigmaECF, OxyR 和 Crp对磁小体合成十分重要。电子显微观察表明Crp的缺失突变强烈的阻断磁小体的合成。表达谱分析表明Crp的缺失突变不仅影响能量代谢的相关基因表达，也使磁小体合成相关的基因表达下调。首次明确了Crp具有新的功能即调控磁小体的合成和磁小体合成是能量依赖的。同时，我们首次明确了磁小体在其体内具有清除自由基的功能，说明趋磁细菌磁小体和高等生物细胞内磁性颗粒的合成具有重要生理意义。