典型浸矿细菌磁性纳米颗粒胞内生物矿化的分子机制

Magnetotactic bacteria are model organisms for biomineralization, biomagnetism, and geochemistry. Leaching bacteria are typical extreme acidophilic microorganisms that can participate in biohydrometallurgy and biomineralization processes, and may be new types of magnetotactic microorganisms. The synthesis mechanism of magnetic nanoparticles in leaching bacteria are the focus of research. Firstly, a typical high-density cultivation system for synthesizing magnetic nanoparticles was constructed to reveal the physiological metabolism of acidophilic microorganisms. Secondly, nanoscale secondary ion mass spectrometry, high performance transmission electron microscopy and synchrotron radiation technology were used to characterize the bacteria and magnetic nanoparticles in situ, and to analyze the process of synthesizing magnetic nanoparticles by leaching bacteria. Finally, microbial analysis is used to explain the key proteins of magnetic nanoparticles synthesized by leaching bacteria at the gene level. Furthermore, XAFS analysis was used to obtain the binding state between key elements and key proteins, valence and structure information, thus revealing the biosynthesis pathway and molecular mechanism of magnetic nanoparticles. This will provide theoretical support for the efficient synthesis of magnetic nanoparticles by leaching microorganisms, thereby further enriching the research of functional nanomaterials synthesized by environmental microorganisms.

趋磁细菌是生物矿化、生物磁学和地球化学等研究的模式生物。浸矿细菌参与生物冶金和生物矿化过程，是典型极端嗜酸环境微生物，可能是新的趋磁微生物种类，其胞内磁性纳米颗粒的矿化分子机制尚不清晰。本研究拟首先构建浸矿细菌合成磁性纳米颗粒典型高密度选育体系，揭示嗜酸微生物的生理代谢规律。其次综合纳米二次离子质谱技术、高性能透射电镜、同步辐射X射线吸收精细结构（XAFS）和扫描透射X射线显微镜等多种先进手段，在多尺度条件下对细菌及磁性纳米颗粒进行实时原位表征，解析胞内合成磁性纳米颗粒过程及其影响因素。最后通过组学分析，从分子生物学水平解释合成磁性纳米颗粒的关键蛋白，利用XAFS分析获得磁性纳米颗粒矿化过程中重要化学元素与关键蛋白的结合价态、配位结构信息，最终揭示浸矿细菌胞内合成磁性纳米颗粒途径及其分子机制。为实现微生物高效合成磁性纳米颗粒提供理论支撑，进一步丰富环境微生物合成功能纳米材料研究。

趋磁细菌是生物矿化、生物磁学和地球化学等研究的模式生物。浸矿细菌参与生物冶金和.生物矿化过程，是典型极端嗜酸环境微生物，可能是新的趋磁微生物种类，其胞内磁性纳米颗粒的矿化分子机制尚不清晰。项目构建浸矿细菌合成磁性纳米颗粒典型高密度选育体系，揭示嗜酸微生物的生理代谢规律。其次综合纳米二次离子质谱技术、高性能透射电镜、同步辐射X射线吸收精细结构（XAFS）和扫描透射X射线显微镜等多种先进手段，在多尺度条件下对细菌及磁性纳米颗粒进行实时原位表征，解析胞内合成磁性纳米颗粒过程及其影响因素。最后通过组学分析，从分子生物学水平解释合成磁性纳米颗粒的关键蛋白，利用XAFS分析获得磁性纳米颗粒矿化过程中重要化学元素与关键蛋白的结合价态、配位结构信息，最终揭示浸矿细菌胞内合成磁性纳米颗粒途径及其分子机制。为实现微生物高效合成磁性纳米颗粒提供理论支撑，进一步丰富环境微生物合成功能纳米材料研究。...共发表文章 19 篇，其中 SCI 论文19篇，包括Journal of hazardous materials.（1 篇）、SCIENCE OF THE TOTAL ENVIRONMENT（2篇）、Hydrometallurgy （4篇）、Minera.ls Engineering （3篇）等国际期刊。.项目负责人2022年获得有生物冶金面上基金。2019年作为项目骨干参与生物冶金领域的重点基金。负责人获得湖南省杰出青年基金资助支持，当选国际生物冶金学术委员会委员，晋升三级教授。2022年获得北京同步辐射装置重点项目。2022年主持“绿色生物制造”领域国家重点研发计划项目“冶金微生物关键技术及应用”。参与《难处理铜矿低温高盐生物冶金关键技术及应用》获得2021年中国有色金属工业科学技术奖二等奖（排名第2）。项目成员5人2019年以副教授破格获聘博导，4人晋升教授。引进特聘副教授1人，科研助理1人。项目成员先后获批面上基金6项，联合基金1项，青年基金3项。通过组织多学科交叉培养了一批优秀科技人才，形成由国际影响力、结构合理的生物冶金学术小组。.承办/ 协办 2 次全国学术报告9 个，培养博士后 2 名、博士生2名、硕士生 11名，获批青年基金 3 项，面上基金6项。引进1 名博士特聘副教授。与北京、合肥、台湾和上海光源开展合作研究。与犹他大学、昆士兰大学、加拿大女王大学等建立合作关系。