【摘要】：納米金顆粒(gold nanoparticles,AuNPs)是金的任一維度介于 1 nm 至100 nm之間的微細(xì)顆粒,具有獨特的理化性質(zhì),在生物傳感、納米醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。微生物合成納米金的方法具有經(jīng)濟、安全、環(huán)保等優(yōu)勢,備受研究人員的關(guān)注。然而,其合成機制和功能尚缺乏深入的研究;而且,在極端環(huán)境下大部分微生物不能很好地存活及合成納米金。極端微生物-耐輻射奇球菌(Deinococcus radiodurans,簡稱Dr)胞內(nèi)抗逆成分資源豐富,對輻射、高氧化等極端環(huán)境具有顯著抗性。因此,研究耐輻射奇球菌在高效合成納米材料中的作用機制及功能特性具有重要意義。本研究采用生物化學(xué)、納米材料學(xué)、分子生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)等方法,研究了耐輻射奇球菌吸附還原Au(Ⅲ)離子并生物合成功能性納米金顆粒的能力、過程及形成的納米材料的功能特性,揭示了耐輻射奇球菌生物合成功能性納米金顆粒的分子機制及顆粒功能的作用機理。主要結(jié)果如下:1.發(fā)現(xiàn)耐輻射奇球菌具有較強的Au(Ⅲ)離子耐受能力,胞內(nèi)外均可高效還原Au(Ⅲ)并合成納米金顆粒(Dr-AuNPs);而且,菌體細(xì)胞合成AuNPs的速率也相對高于大腸桿菌等細(xì)菌。合成的Dr-AuNPs主要呈球形,Zeta電位為-20.01+0.17 mV,其分布在菌體的胞內(nèi)、胞質(zhì)及胞外。研究表明,Au(Ⅲ)是通過與菌體生物分子上的羧基、羥基、胺和含磷基團的結(jié)合,先后被還原至Au(Ⅰ)及Au(0),進而在上述基團的包被作用下形成穩(wěn)定的Dr-AuNPs。Dr-AuNPs能夠通過損傷金黃色葡萄球菌等細(xì)菌的外被而表現(xiàn)出抑菌活性,但對人正常乳腺上皮細(xì)胞MCF-10A、正常大鼠腎細(xì)胞NRK均無明顯毒性;Dr-AuNPs可以用作抑菌劑。2.鑒定了包被在Dr-AuNPs表面的蛋白質(zhì),發(fā)現(xiàn)菌體蛋白質(zhì)參與形成功能性AuNPs。利用菌體蛋白質(zhì)介導(dǎo)合成的納米金(Drp-AuNPs)呈球形,粒徑為51.72±7.38nm,其表現(xiàn)出較好的穩(wěn)定性。Au(Ⅲ)與菌體蛋白質(zhì)的羥基、羧基、胺、巰基和含磷基團發(fā)生相互作用后,其被還原至Au(Ⅰ)及Au(0),Au(0)再被進一步包被形成穩(wěn)定的Drp-AuNPs。研究發(fā)現(xiàn),菌體細(xì)胞抗氧化體系中的蛋白質(zhì)CrtI和Dps2表現(xiàn)出不同的合成AuNPs的能力,這可能與蛋白質(zhì)的氨基酸組成及其本身的還原能力相關(guān)。與常用的檸檬酸鈉-納米金(SC-AuNPs)相比,Drp-AuNPs表面有蛋白質(zhì)的包被,因而顆粒穩(wěn)定性較好、無明顯細(xì)胞毒性,在生物傳感、藥物載體等領(lǐng)域具有一定的應(yīng)用潛力。3.發(fā)現(xiàn)耐輻射奇球菌胞內(nèi)的特種四萜類化合物-耐輻射奇球菌素(Deinoxanthin,DX)能夠高效合成由DX氧化產(chǎn)物功能化的DX-AuNPs,并闡明了其合成機制。DX是通過其環(huán)和碳鏈上羥基的脫氫作用提供電子,迅速還原Au(Ⅲ)至Au(Ⅰ),然后進一步還原Au(Ⅰ)至Au(0)并在DX3(去質(zhì)子化的2-ketodeinoxanthin)的包被作用下形成穩(wěn)定的DX-AuNPs。合成的DX-AuNPs呈球形,電動電勢為-24.95±0.38mV。與SC-AuNPs相比,DX-AuNPs對乳腺癌細(xì)胞MCF-7及腎癌細(xì)胞ACHN有更為顯著的抑制作用,但對正常細(xì)胞NRK并未表現(xiàn)出明顯的毒性。DX-AuNPs能夠積累在MCF-7的細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞器和細(xì)胞核中,在細(xì)胞內(nèi)誘導(dǎo)自噬、活性氧產(chǎn)生、DNA損傷等作用,進而導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞凋亡。轉(zhuǎn)錄組測序表明,DX-AuNPs顯著影響(上調(diào)或下調(diào))MCF-7細(xì)胞的基因表達水平,DX-AuNPs的誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡功能可能主要歸因于DX-AuNPs對細(xì)胞內(nèi)生長代謝、氧化應(yīng)激、自噬、細(xì)胞凋亡等相關(guān)基因表達的影響。本研究表明,極端微生物-耐輻射奇球菌菌體細(xì)胞、蛋白質(zhì)、特種代謝產(chǎn)物(四萜)等都可以還原轉(zhuǎn)化Au(Ⅲ)離子,形成具有不同活性基團包被的功能性納米金。研究結(jié)果揭示了耐輻射奇球菌中參與AuNPs合成的生物活性分子及其功能基團,闡釋了耐輻射奇球菌生物合成功能化AuNPs的機制及其功能特性,為生物合成功能性納米材料提供了基礎(chǔ)和原料,同時為深入闡述生物合成金屬納米材料的機制和功能化修飾納米材料提供了新的借鑒和參考。此外,研究結(jié)果也將為耐輻射奇球菌合成的功能性AuNPs等納米材料在生物、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用提供支持。
【圖文】：

學(xué)位論文邐１建立原子核模型［３，１５］。而于１８５７年Ｍｉｃｈａｅｌ邋Ｆａｒａｄａｙ首次發(fā)現(xiàn)的ＡｕＮＰｓ與常見的本體Ａｕ相比，ＡｕＮＰｓ的導(dǎo)帶和價帶是分更為新奇的理化性質(zhì)：具有生物惰性、表面等離子體共振效應(yīng)、子與分子識別特性等，而且溶液顏色隨著尺寸的改變而變化（種生物大分子結(jié)合而作為一種多功能納米材料［８，１６］。不僅如此，容易通過大小、形狀或結(jié)構(gòu)的調(diào)整而改變，但它的基本元素組。逡逑

大部分的研究發(fā)現(xiàn)，，ＡｕＮＰｓ是無毒、生物相容的［１９，２Ｇ］；然而，也有一小部分逡逑研究表明在某些實驗條件下，ＡｕＮＰｓ會展現(xiàn)出一定的負(fù)面效應(yīng)［２１］。ＡｕＮＰｓ的細(xì)逡逑胞毒性評估過程、方法如圖１．２所示，其細(xì)胞毒性評估結(jié)果主要受到以下實驗因逡逑素的影響［２２］：邋ｌ）ＡｕＮＰｓ的類型；２）起穩(wěn)定作用的表面涂層劑；３）納米顆粒（ＮＰｓ）逡逑的物理化學(xué)參數(shù)（直徑、表面電荷、表面形貌及表面積）；４）處理條件（時間和濃度）；逡逑５）實驗細(xì)胞類型；６）試驗類型（體內(nèi)或體外試驗）；７）ＮＰｓ對試驗測讀的干擾。一逡逑般而言，ＡｕＮＰｓ的細(xì)胞毒性主要受表面包被劑的影響，表面有生物包被基團、帶逡逑負(fù)電荷的ＡｕＮＰｓ基本無細(xì)胞毒性［２３］。逡逑｜ｉ￥Ｒ２２Ｓ邋Ｆａｂｎｃａｔｉｏｎ邋ａｎｄ邋ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ逡逑！邐Ｓｉｚｅ，邋ｓｈａｐｅ，邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，邋ｃｈａｒｇｅ邋（Ｃ）逡逑ＴＥＭ．邋ＳＥＭ．邋ＤＬＳ，邋ＵＶ－ｖｉｓ．邋Ｅｌｅｃｔｒｏｐｈ邋＾逡逑＂邐ｉ逡逑：邐Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｚａｔｉｏｎ，邋ｏｐｓｏｎｉｚａｔｉｏｎ逡逑｜邐Ｇ邐ＰＥＧ－ＳＨ邋ＰＥＯ－ＳＨ邋ＢＳＰ逡逑■邐ＴＮＦ－ａ，邋Ａｎｔｉｂｏｄｉｅｓ．邋Ｆｏｌａｔｅ．．逡逑０１＾＾邋Ｍｏｄｅｌ邋（ｍｉｃｅ，邋ｒａｔｓ，邋ＨｅＬａ邋ｃｅｌｌｓ．．）逡逑芯邋Ｒｏｕｔｅｓ邋ｏｆ邋ｅｘｐｏｓｕｒｅ邋ＩＶ邋ＩＰ邋ＲＥ，邋ＧＡ逡逑丨……——邋ｐ＼邐］邐＂Ｎ逡逑Ｂｉｏｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ邋ａｕ邋ｔ邐Ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ，邐￣逡逑Ｋｉｎｅｔｉｃｓ邋ｏｆ邐＿邐Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ邐％邋ｍ邋ｔ逡逑ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TB383.1;Q93

【參考文獻】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 程凱瑩;耐輻射奇球菌DNA末端切割過程的結(jié)構(gòu)與功能學(xué)研究[D];浙江大學(xué);2016年

2 許鎮(zhèn)堅;耐輻射球菌deinoxanthin代謝關(guān)鍵酶CrtI和逆境壓力保護蛋白Dps-2鑒定與功能研究[D];浙江大學(xué);2008年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 紀(jì)玉蘭;微生物和優(yōu)勢生物分子還原合成金納米的機理研究[D];天津大學(xué);2012年

2 嚴(yán)卓彥;耐輻射球菌中抗氧化蛋白Dps（DRB0092）的研究[D];浙江大學(xué);2007年

本文編號：2693613