趨磁細(xì)菌是一類能夠在細(xì)胞內(nèi)合成納米磁體礦或膠黃鐵礦磁小體的原核微生物，目前已發(fā)現(xiàn)的趨磁細(xì)菌在系統(tǒng)發(fā)育上均屬于變形菌門 (Proteobacteria) 與硝化螺旋菌門 (Nitrospirae)。其中，屬于硝化螺旋菌門的趨磁細(xì)菌非常特殊，有些能在體內(nèi)礦化合成數(shù)百至上千個(gè)呈多鏈排列的子彈頭狀磁小體；在湖泊沉積物的特定層位中，其數(shù)量可以達(dá)到該層位微生物總數(shù)的30%。因此，該類趨磁細(xì)菌在沉積物磁性以及鐵、氮和硫循環(huán)中發(fā)揮重要作用，成為生物地磁學(xué)和生物地球化學(xué)研究的熱點(diǎn)。但是，由于硝化螺旋菌門趨磁細(xì)菌尚不能在實(shí)驗(yàn)室純培養(yǎng)，目前對(duì)這些趨磁細(xì)菌的多樣性、生理生化特性以及系統(tǒng)進(jìn)化所知甚少。
地質(zhì)地球所地球深部結(jié)構(gòu)與過(guò)程研究室博士后林巍及其合作導(dǎo)師潘永信研究員等人，通過(guò)構(gòu)建宏基因組文庫(kù)、系統(tǒng)進(jìn)化分析和熒光原位雜交實(shí)驗(yàn)，對(duì)北京地區(qū)湖泊沉積物中發(fā)現(xiàn)的硝化螺旋菌門趨磁細(xì)菌進(jìn)行了系統(tǒng)研究，得到5條來(lái)自硝化螺旋菌門趨磁細(xì)菌的基因組DNA序列。這些序列包含完整的rRNA操縱子和眾多可能編碼蛋白質(zhì)的基因。生物信息學(xué)分析顯示這些預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)具有重要的生理功能，包括催化活性、蛋白維持、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、趨化性感受器、離子吸收和細(xì)菌運(yùn)動(dòng)等。這些研究結(jié)果有助于深入認(rèn)識(shí)趨磁細(xì)菌的生理生化特性。此外，對(duì)目前所有已知硝化螺旋菌門趨磁細(xì)菌的16S rRNA基因進(jìn)行系統(tǒng)發(fā)育分析發(fā)現(xiàn)，這些趨磁細(xì)菌分別位于2個(gè)進(jìn)化分枝group 1和group 2中。他們通過(guò)比對(duì)進(jìn)化分支中的趨磁細(xì)菌序列，設(shè)計(jì)了針對(duì)每個(gè)進(jìn)化分枝的特異性探針，利用這些探針在北京密云水庫(kù)中發(fā)現(xiàn)了2類新的硝化螺旋菌門趨磁細(xì)菌（見附圖）：一類為含有數(shù)百個(gè)子彈頭狀磁小體的巨型桿狀趨磁細(xì)菌（5-10 μm）；另一類為體型較小、磁小體數(shù)目較少的球狀趨磁細(xì)菌（1-2 μm），后者在國(guó)際上尚屬首次發(fā)現(xiàn)。
目前所有已發(fā)現(xiàn)的硝化螺旋菌門趨磁細(xì)菌磁小體均為子彈頭形狀，這可能是這類微生物的共同特征，是快速識(shí)別沉積物中化石磁小體的重要標(biāo)志。16S rRNA基因序列對(duì)比發(fā)現(xiàn)，硝化螺旋菌門趨磁細(xì)菌在系統(tǒng)發(fā)育樹上屬于最古老的一類趨磁細(xì)菌，它們可能出現(xiàn)在地球早期。
上述研究成果對(duì)深入認(rèn)識(shí)硝化螺旋菌門趨磁細(xì)菌的多樣性、群落分布、遺傳信息及進(jìn)化具有重要意義。研究成果近期發(fā)表在美國(guó)微生物學(xué)會(huì)權(quán)威期刊Applied and Environmental Microbiology（Lin et al. Metagenomic analysis reveals unexpected subgenomic diversity of magnetotactic bacteria within the Phylum Nitrospirae. Applied and Environmental Microbiology, 2011, 77(1): 323-326）。