近日，中國科學院合肥物質科學研究院強磁場科學中心環境毒理與磁生物學團隊發現了趨磁細菌在拮抗重金屬鉛毒性方面的顯著優勢，并揭示了有/無磁小體的趨磁細菌拮抗鉛毒性機制中的關鍵差異。相關成果以“Magnetotactic bacteria antagonized lead toxicity: distinct detoxification mechanisms in magnetosome-containing/deficient bacteria”為題發表于環境化學期刊Journal of Environmental Sciences。
鉛（Pb）作為一種生物半衰期長、環境持久性高及毒性強的重金屬污染物，已對全球公共衛生安全構成嚴重威脅。當前臨床治療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，亟待開發高效且安全的Pb解毒新策略。趨磁細菌憑借高效的重金屬富集能力和優良的生物相容性，已廣泛應用于環境重金屬修復和生物醫學領域。然而，對于重金屬在生物體內誘導的毒性效應，趨磁細菌能否發揮獨特應用優勢，目前仍未可知。
本研究突破了現有污染物毒性拮抗研究中普遍采用的拮抗劑預暴露或共暴露模式，采用Pb預暴露、拮抗劑后暴露的處理方式，更精準的模擬了“Pb中毒-后續解毒”的真實場景，提升了研究結論的實際參考價值。研究結果顯示，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誘導的毒性效應。即使在Pb預暴露細胞9 h后，兩種AMB-1仍可將Pb暴露后的細胞活力從約30%提升到80%以上。通過高分辨透射電鏡與元素能譜分析發現，兩種AMB-1均通過富集Pb并減少其在細胞內的累積，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則通過鐵轉運系統將Pb內化入菌體，進而富集Pb。這種差異的富集機制可能源于細菌體內鐵含量的負反饋調節作用，即鐵的存在會抑制Pb進入細菌體內。上述研究結果不僅為防治Pb中毒提供了新策略，也為拓展趨磁細菌在環境健康領域的新應用提供了基礎科研數據。
合肥物質科學研究院強磁場科學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和培養技術方面給予了重要支持。該研究獲得了國家重點研發計劃、國家自然科學基金以及安徽省自然科學基金等項目的支持。
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圖.有/無磁小體的趨磁細菌AMB-1通過不同的模式富集Pb，進而拮抗Pb毒性的作用機制
