趋磁细菌(MTB)是系统发育和形态上多样化的原核生物，它们具有在称为磁小体的细胞器内产生细胞内磁铁矿(Fe3O4)或/和灰铁矿(Fe3S4)纳米晶体的祖先能力。

探索控制原核生物中磁铁矿生物矿化的关键基因网络

磁小体通常被组织成一条链或多条链。磁小体晶体的形态和磁小体基因的含量在分类群甚至物种/菌株之间都有所不同。

然而，在系统地理解磁小体形成方面的大部分进展依赖于两种遗传上易处理的菌株AMB-1和MSR-1，它们隶属于假单胞菌门的Magnetospirillum属。

两种菌株都形成立方八面体磁铁矿颗粒，这些颗粒被组织成一条链。考虑到未培养MTB的系统发育多样性及其多样的磁性晶体形态和链组装，目前还缺乏控制或调节磁性粒子生物发生和链组装的基因网络的通用模型，并且因为这样的模型不可能从少量确定仅培养的MTB菌株。

在发表在《国家科学评论》上的一项研究中，李金华教授和他的团队首次提出了一种对培养和未培养的MTB进行比较基因组和表型分析的工作流程，以评估基因网络在确定其晶体形态和链组装中的作用。

他们获得了15个新数据集，每个数据集对应于未培养的MTB菌株，并包含相应的基因组和磁小体形态信息。结合之前报道的和充分表征的培养和未培养MTB菌株的其他32种菌株，它们提供了最大的可用基因组学-磁小体关联数据库。

然后，研究人员详细说明了不同分类MTB组中47个MTB菌株中许多磁小体基因的存在/不存在和组织，并证明了MTB系统中核心磁小体基因和门特异性磁小体基因的存在。

他们还提供了生物信息学分析以识别与磁小体生物矿化相关的潜在基因，并发现一些以前被忽视的基因(即mad24、man1和man5)可能在子弹形磁铁矿的形态控制和磁小体链束的组装中发挥作用。基于这些发现，他们初步提出了控制/调节磁小体生物矿化的基因网络的通用模型。

“这些新结果显着扩展了我们对磁小体生物矿化遗传基础的认识。它们还揭示了与不同MTB分类群中磁小体的晶体形态和链组装相关的分子机制，这在以前的研究中很大程度上是未知的，”李金华说.

“此外，它为磁小体磁铁矿的门特异性形态提供了遗传证据，因此，来自古代地质记录的磁化石晶体形态可以作为古代MTB分类谱系及其古生态学的可靠代表，”潘永新说。

尽管一般模型仍然不完整，但它为磁小体基因功能和链组装提供了新的见解，特别是对于除趋磁螺旋菌之外的MTB。有了这个基因网络，培养菌株的体内定点诱变或异源磁小体基因表达可用于更好地了解棱柱形和子弹形磁铁矿的生物发生和链组装的分子机制。

此外，几种蛋白质(例如，Man1和Mad2)可以为高度延长的磁铁矿纳米粒子的仿生合成提供相关的目标。由于其显着的形状各向异性，这种纳米颗粒具有比球形或立方八面体更高的矫顽力，这使其适用于纳米医学和纳米技术的应用。