研究发现蜡样芽孢杆菌孢子衣中嵌入的长链多胺

引言

近期，一项由广岛大学和日本国立先进工业科学技术研究所（AIST）联合进行的研究揭示了蜡样芽孢杆菌（Bacillus cereus）孢子衣中嵌入的长链多胺（Long-chain polyamines, LCPAs），这些多胺在生物硅酸盐（biosilica）的形成中可能扮演着关键角色。这项研究不仅增进了我们对细菌生物矿化过程的理解，还可能对生物材料的开发和应用产生深远影响。

研究背景

生物硅酸盐化（biosilicification）是生物体内将可溶性的单体硅酸（Si(OH)4）聚合成不溶性的二氧化硅（SiO2）的过程。尽管真核生物的生物硅酸盐化机制已经得到了广泛研究，但原核生物的生物硅酸盐化过程直到最近才开始受到关注。研究团队先前报道了蜡样芽孢杆菌中生物硅酸盐化的发生，以及硅酸盐在孢子衣上作为保护层沉积的过程，但其背后的机制尚未完全明了。

研究方法

研究者们通过培养蜡样芽孢杆菌，并在培养基中添加硅酸，诱导细菌形成孢子。通过强酸处理去除有机物质，利用超速离心分离出生物硅酸盐，并采用扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）进行形态观察。此外，研究者们还通过氮气吸附法测定了生物硅酸盐的比表面积和总孔隙体积，并通过质谱分析提取出的有机化合物。

研究发现

研究中最重要的发现是，在蜡样芽孢杆菌的生物硅酸盐中鉴定出了具有特定化学结构的长链多胺。这些多胺的结构为H2Ne(CH2)4e[NHe(CH2)3]neNH2（n: 可达55），表明它们是由二胺腐胺（C4H12N2）和多个氨基丙基单元（-[CH2]3-NH-）组成的多胺。这一发现证实了长链多胺在不同生物进化谱系中的普遍存在，包括硅藻、硅质海绵和蜡样芽孢杆菌，暗示了真核生物和原核生物生物硅酸盐化可能存在共同的机制。

长链多胺的作用

长链多胺在生物硅酸盐化中的作用已被广泛研究。它们不仅能加速硅酸的聚合形成二氧化硅，还能通过其氨基基团与硅酸分子和硅酸根离子的相互作用，促进硅酸盐的沉积。研究还发现，蜡样芽孢杆菌中的长链多胺与硅藻中的长链多胺结构相似，但缺少N-甲基化，且重复单元数量更多，是目前自然界中发现的最长的多胺。

研究意义

这项研究首次在嗜温原核生物中发现了长链多胺，并且表明蜡样芽孢杆菌中的长链多胺是目前自然界中发现的最长的多胺。这一发现不仅为理解生物硅酸盐化的共同机制提供了新的线索，也为未来生物材料的开发和应用提供了新的可能性。研究团队计划进一步研究长链多胺的生物合成途径，并探索其在生物硅酸盐化中的确切作用。