科學(xué)島團隊揭示趨磁細(xì)菌在重金屬鉛毒性干預(yù)中的新應(yīng)用
近日，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院強磁場科學(xué)中心環(huán)境毒理與磁生物學(xué)團隊發(fā)現(xiàn)了趨磁細(xì)菌在拮抗重金屬鉛毒性方面的顯著優(yōu)勢，并揭示了有/無磁小體的趨磁細(xì)菌拮抗鉛毒性機制中的關(guān)鍵差異。相關(guān)成果以“Magnetotactic bacteria antagonized lead toxicity: distinct detoxification mechanisms in magnetosome-containing/deficient bacteria”為題發(fā)表于環(huán)境化學(xué)期刊Journal of Environmental Sciences。 
鉛(Pb)作為一種生物半衰期長、環(huán)境持久性高及毒性強的重金屬污染物，已對全球公共衛(wèi)生安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。當(dāng)前臨床治療Pb中毒主要使用金屬離子螯合劑，但由于其缺乏特異性及潛在的毒副作用，亟待開發(fā)高效且安全的Pb解毒新策略。趨磁細(xì)菌憑借高效的重金屬富集能力和優(yōu)良的生物相容性，已廣泛應(yīng)用于環(huán)境重金屬修復(fù)和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。然而，對于重金屬在生物體內(nèi)誘導(dǎo)的毒性效應(yīng)，趨磁細(xì)菌能否發(fā)揮獨特應(yīng)用優(yōu)勢，目前仍未可知。
本研究突破了現(xiàn)有污染物毒性拮抗研究中普遍采用的拮抗劑預(yù)暴露或共暴露模式，采用Pb預(yù)暴露、拮抗劑后暴露的處理方式，更精準(zhǔn)的模擬了“Pb中毒-后續(xù)解毒”的真實場景，提升了研究結(jié)論的實際參考價值。研究結(jié)果顯示，含有磁小體的AMB-1菌株(M-AMB-1)及磁小體缺失的AMB-1菌株(NM-AMB-1)均可高效拮抗Pb誘導(dǎo)的毒性效應(yīng)。即使在Pb預(yù)暴露細(xì)胞9 h后，兩種AMB-1仍可將Pb暴露后的細(xì)胞活力從約30%提升到80%以上。通過高分辨透射電鏡與元素能譜分析發(fā)現(xiàn)，兩種AMB-1均通過富集Pb并減少其在細(xì)胞內(nèi)的累積，從而有效拮抗了Pb的毒性。
磁小體的存在影響了趨磁細(xì)菌對Pb的富集模式：M-AMB-1主要通過菌體表面吸附作用富集Pb，而NM-AMB-1則通過鐵轉(zhuǎn)運系統(tǒng)將Pb內(nèi)化入菌體，進而富集Pb。這種差異的富集機制可能源于細(xì)菌體內(nèi)鐵含量的負(fù)反饋調(diào)節(jié)作用，即鐵的存在會抑制Pb進入細(xì)菌體內(nèi)。上述研究結(jié)果不僅為防治Pb中毒提供了新策略，也為拓展趨磁細(xì)菌在環(huán)境健康領(lǐng)域的新應(yīng)用提供了基礎(chǔ)科研數(shù)據(jù)。
合肥物質(zhì)科學(xué)研究院強磁場科學(xué)中心碩士生董若云為論文第一作者，許安研究員和劉赟副研究員為論文共同通訊作者。研究過程中，王俊峰研究員、馬坤副研究員在菌株供應(yīng)和培養(yǎng)技術(shù)方面給予了重要支持。該研究獲得了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金以及安徽省自然科學(xué)基金等項目的支持。
圖.有/無磁小體的趨磁細(xì)菌AMB-1通過不同的模式富集Pb，進而拮抗Pb毒性的作用機制
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