上海師范大學生命科學學院黃繼榮課題組 近日 在

Frontiers in Microbiology

Reactive oxygen species mediate bioeffects of static magnetic field via impairment of long-chain fatty acid degradation in

Escherichia coli

復雜的 代謝途徑是 生命活動 的基礎 ，受到 各種 環境因子 的 調控。磁場作為一種重要的物理因素，深刻影響 著 生命活動，但其 作用 機制尚待闡明。 課題組已發表 的 研究 結果表明， 活性氧 可能 在靜磁場介導的細菌生長抑制中發揮重要作用。 本研究深入解析了 活性氧 在介導 磁 生物學效應 中的分子 機制 。 他們 利用化學熒光探針（ DCFH-DA ）、電子順磁共振（ EPR ）光譜和氧化還原生物傳感器（ HyPer ）等方法證明了 ROS 水平 在 250 mT 靜磁場 處理 的細菌 中 顯著高于對照組 。 生理 學實驗 表明， 4 μ M 過氧化氫 處理 能模擬 靜磁場對細菌生長的抑制效應。 轉錄組分析 發現 ， 不管是靜磁場還是過氧化氫處理都改變 了 一組相同的差異表達基因（ DEGs ）。這些 差異表達 基因參與長鏈脂肪酸（ LCFA ）代謝、三羧酸（ TCA ）循環和 ROS 應激防御等相關生物學過程 ， 它們 對細菌在環境脅迫下的生存與生長至關重要。 另外 ，超氧化物歧化酶編碼基因 sodB 的過表達顯著 緩解 了靜磁場誘導的生長抑制， 驗證了 ROS 在這一過程中的關鍵作用。

基于本研究的結果， 他們 提出了一個模型來總結靜磁場 抑制 大腸桿菌 生長 的 機制 。 在無磁場刺激時，位于 細胞 質膜上的呼吸鏈因 電子泄漏 而產生的氧自由基水平較低，有利于細菌生長 ；在 靜磁場 的刺激下， 氧氣 因具有順磁特性 作為 天然的自由電子淬滅劑 ，促進氧氣捕獲更多的 自由電子 而形成各種 ROS ， 如 超氧陰離子 、 過氧化氫和 羥基自由基 等 ， 最終 導致 細胞內 ROS 水平 升高。 ROS 的積累 會打破 細胞內氧化還原平衡 、 影響細胞穩態 以及激活細胞的 氧化應激 系統， 通過 調節關鍵的代謝途徑，包括脂肪酸代謝和中心碳代謝 相關基因的表達 ，以恢復氧化還原平衡并維持細胞的能量供應。這些代謝調整對于 保護 蛋白質、脂質和 DNA 等生物大分子 免受氧化 損傷 和維持靜磁場條件下的細胞生存 至關重要 。

靜磁場抑制大腸桿菌生長的機制模型

該模型突出了氧化應激與代謝調節之間的復雜相互作用，展示了大腸桿菌在響應靜磁場誘導的環境變化時動態調整其內部過程的能力，為理解磁場對微生物生長的影響提供了新的視角。未來研究可進一步探索靜磁場對其他代謝途徑的調控作用，以及其在生物技術和醫學領域的潛在應用。 上海 師范大學生科院 博 士研究生李浩東為論文第一作者，黃繼榮教授為論文通訊作者 ， 和也健康科技 有限公司 方彥雯 參與了合作研究。

原文鏈接：https://www.frontiersin.org/journals/microbiology/articles/10.3389/fmicb.2025.1586233/fullDOI:10.3389/fmicb.2025.1586233

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