磁受体蛋白

磁受体蛋白示意图

早在人类学会使用

谢灿和他的学生

生物物理学和物理学实验证明，MagR蛋白复合物具有很明显的内禀磁矩，能通过磁场在实验室富集和纯化得到。作者不仅从物理性质上测量了该蛋白在溶液状况下的磁性特征，还通过电镜观察到MagR蛋白质复合物能感应到微弱的地球磁场（在北京大致为0.4高斯），并沿着地球磁场排列。人工增强磁场强度可以导致这种排列更加有序。实验中也观测到了

“远程调控”一直是合成生物学的一个热门领域，磁感应蛋白MagR的发现给磁控生物提供了新的机遇。

相对于光控和温控，磁场控制有着穿透力强、损耗小、覆盖大、毒性低、副作用少、安全性高等优势，但由于缺少好用的磁感应元件，该领域的发展一直举步维艰。比较成功的例子有基于趋磁细菌磁小体的研究以及洛克菲勒大学Friedman等人利用铁蛋白打开离子通道的工作。趋磁细菌合成磁小体的过程十分复杂，涉及30－40个基因，目前研究人员还只能做到将整个基因簇导入近缘物种红螺菌，使之合成一串线性排列、生物膜包被的磁小体。目前磁小体人工合成的可控性以及其磁学性能都不太理想。而铁蛋白束缚的氧化铁，具有超顺磁性，在320 or 290高斯磁场作用下，能产生10pN（1pN＝10＾－6N）的拉力，研究人员通过巧妙的设计，使得这种拉力作用在钙离子通道蛋白上，从而将磁场信号转化为生物信号。铁蛋白由24个亚基组成，整个蛋白有450 KDa（生物学中蛋白质的分子量单位，1kDa＝1000摩尔质量），在自然条件下是负责储存和转运铁的，并不具有磁感应功能，要将其用作磁感应元件需要一些人为的设计。

而谢灿课题组发现的新型磁感应蛋白MagR，只有14.5 KDa，其单体只有130个氨基酸左右（不同物种略有差异），更方便进行基因操作，对目标生物的负担也会更小。而且MagR具有亚铁磁性，能响应普通磁铁，理论上还能感应地磁场强度的磁场，或许MagR是更为理想的磁感应元件。此蛋白的磁感应能力是谢灿课题组首次发现的，从磁感应元件的角度考虑，如何让蛋白具有更灵敏的感磁性能，如何利用MagR蛋白将磁场信号转化为生物信号还需要研究人员进一步探索。由于MagR的独特的磁学性质，可能将直接引发基于MagR蛋白质的一系列的由磁场来操控生物大分子乃至细胞行为、动物行为的各种应用。