趨磁細菌能在細胞內(nèi)合成有生物膜包被、納米尺寸、單磁疇（SD）的磁鐵礦（Fe3O4）或膠黃鐵礦（Fe3S4）晶體顆粒—磁小體。磁小體合成條件和生物控制礦化機理是利用化石磁小體重建古環(huán)境和開發(fā)新型磁性納米材料的重要前提。過去磁小體一直被認為是在基因嚴格調(diào)控下的產(chǎn)物，即晶形完美和化學純度高等，是否也受到細菌生長環(huán)境變化的影響并不清楚。
地質(zhì)與地球物理所地球深部結(jié)構(gòu)與過程研究室古地磁與年代學實驗室、中-法生物礦化與納米結(jié)構(gòu)聯(lián)合實驗室李金華博士和潘永信研究員，綜合利用透射電子顯微鏡（TEM）、X-射線衍射（XRD）和巖石磁學技術(shù)，系統(tǒng)研究了趨磁螺菌Magnetospirillum magneticum AMB-1磁小體的合成過程及其與環(huán)境因子（氧濃度）之間的關(guān)系。研究結(jié)果顯示：（1）在厭氧靜止（ANS）、有氧靜止（AS）、有氧振蕩80 rpm（A80）和有氧振蕩120 rpm（A120）四種生長條件下，隨著培養(yǎng)過程中供氧增強和振蕩加劇，磁小體的數(shù)目和尺寸減小，顆粒由拉長形和截角鈍圓趨向立方形和截角尖銳，孿晶磁小體出現(xiàn)頻率由~20.2%升高到~51.6%；（2）細胞的磁學性質(zhì)包括矯頑力（Bc）、剩磁矯頑力（Bcr）、剩磁比（Mrs/Ms）和Verwey轉(zhuǎn)換溫度(Tv)逐漸降低，分別由ANS培養(yǎng)的22.0 mT、31.3 mT、0.45和108 K降低到A120培養(yǎng)的5.2 mT、9.3 mT、0.31和98 K；（3）四種生長條件下，AMB-1均合成截角八面體型（Truncated octahedron）磁鐵礦，表明磁小體的礦物相和晶型可能具有菌種或菌株特異性，受細胞基因水平的嚴格調(diào)控。環(huán)境因子（如氧氣）能顯著影響磁小體的形貌和尺寸等物理性質(zhì)、結(jié)晶度和化學計量純度等晶體化學性質(zhì)、以及細胞的磁學性質(zhì)；環(huán)境氧濃度增加導(dǎo)致趨磁細菌AMB-1合成"不純（非標準化學計量比）"的磁鐵礦。
該項研究揭示，雖然趨磁細菌磁鐵礦是在生物控制下合成，其礦化過程和產(chǎn)物受環(huán)境因子的影響；磁小體形成與環(huán)境氧濃度相關(guān)，化石磁小體可以作為古環(huán)境研究的替代指標，用來重建古氧濃度；此外，磁小體磁鐵礦的晶格缺陷和環(huán)境調(diào)控給磁小體的人工改造（如Co等其他過渡簇金屬元素的摻雜）帶來了機會，將提高其在高密度磁存儲、靶向藥物輸送和腫瘤細胞磁熱療等領(lǐng)域的應(yīng)用價值。
該項研究成果近期發(fā)表在國際地質(zhì)微生物學雜志Geomicrobiology Journal上（Li et al. Environmental factors affect magnetite magnetosome synthesis in Magnetospirillum magneticum AMB-1: Implications for biologically controlled mineralization. Geomicrobiology Journal. 2012, 29: 362-373, doi: 10.1080/01490451.2011.565401）。