通过磁吸附高效获取大肠杆菌中的外膜囊泡

  外膜囊泡(outer membrane vesicles, OMVs)是一种由革兰氏阴性菌分泌的双层脂质结构。由于其高生物相容性和极佳的细胞融合能力，OMVs已经广泛应用于医疗领域，如用作药物纳米载体。一般情况下，超速离心是收集OMVs最常用的方法，但耗时较长，且获得的OMVs不纯。本文中，作者提出一种基于磁性氧化铁纳米颗粒(MNPs)高效获得OMVs的方法，大大提升了OMVs的产量。相比于未获得磁性的OMVs，磁性OMVs可通过在外部施加磁场的方式靶送到递送位点;且使用大肠杆菌作为OMVs的生产平台可大大降低生产成本。

  合成方法：

  将大肠杆菌和MNPs混合后，加入到LB肉汤中，培养24h后，以4000g离心2分钟以去除没有结合到大肠杆菌上的MNPs。将沉淀悬浮，转移至新的没有MNP的LB肉汤中，培养24h后，离心去除沉淀，上清以灭菌后的滤头过滤。随后将滤液暴露在磁场中两小时，以便收集磁性OMVs。

  图1：磁性OMVs制备示意图

  为了排除MNPs对菌株生长的作用，作者测定了目标菌株在不同情况下的生长情况，结果如图2a所示，MNPs的添加并不会影响菌株的生长。

  B，C为在没有MNPs及存在MNPs的条件下，对大肠杆菌产生的OMVs进行TEM观察;D图为在同不同浓度的MNPs孵育后，大肠杆菌对铁的摄取情况。结果表明，MNPs并不会影响菌株的生长。

  图2：MNPs对大肠杆菌ATCC 25922、ATCC 8739生长的作用效果

  为了深入了解OMVs产量增加的相关机制，作者对不同处理组的大肠杆菌进行转录组分析，结果如图3所示。

  A图为对不同处理组下的大肠杆菌进行转录组分析，根据转录组分析找到了71个差异表达基因，其中44个基因上调，27个基因下调;B，C，D，E分别表示相关基因的差异表达情况。根据转录组结果，上调基因涉及蛋白质的折叠和转运、上调丁酸代谢并下调半乳糖代谢，协助大肠杆菌对铁摄入量增加。作者认为，以上上下调节刺激了OMV的分泌。

  图3：对使用MNPs处理及未用MNPs处理的大肠杆菌进行转录组分析

  接下来，作者以蛋白含量及LPS含量作为衡量标准，比较了两种方式提取的OMVs的产量，结果如图4所示。结果表明，使用磁收获得到的OMVs的产量是普通方法的60倍

  图4：不同处理方式下OMVs的产量。其中，UC表示超速离心;UCMNP表示使用MNP处理菌株后，使用超速离心提取OMVs;magnetic harvesting 表示使用磁吸附获得的OMVs

  作者进一步探究磁性OMVs靶向至作用位点的能力。首先，作者使用绿色荧光标记大肠杆菌生物膜(图5a左)，红色荧光标记OMVs，并在作用过程中施加磁场，使用激光共聚焦观察OMVs在生物膜中的迁移情况。结果表明，超速离心得到的OMVs及没有施加磁场情况下的磁性OMVs仅能在生物膜外部积累，而施加磁场后，磁性OMVs可积聚到生物膜当中，逐渐积累于生物膜底部。

  图5：探究OMVs靶向大肠杆菌 ATCC 25922生物膜的能力

  总结：

  本文中，作者提出了一种利用磁捕获高效收集OMVs的新方法。该方法不但提高OMVs的提取效率，且大大降低了生产成本，为OMVs在临床上的应用提供了理论基础。

  文章来源：

  Shi, Rui et al. “High-Yield, Magnetic Harvesting of Extracellular Outer-Membrane Vesicles from Escherichia coli.” Small (Weinheim an der Bergstrasse, Germany) vol. 18,48 (2022): e2204350. doi:10.1002/smll.202204350