潘永信团队揭秘地球磁场：从古强度测量到癌症治疗的新突破

潘永信团队揭秘地球磁场：从古强度测量到癌症治疗的新突破

引用

中国科学院

等

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来源

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近日，中国科学院地质与地球物理研究所潘永信院士团队在地球磁场研究领域取得重大突破。他们通过20年的交叉学科研究，不仅揭示了地磁场的变化对生物圈的影响，还在趋磁细菌多样性和生物响应地磁场机制方面取得了创新成果。这些研究不仅增进了我们对地球保护伞——地磁场的理解，还为仿生磁性纳米材料诊疗癌症等领域提供了新的思路。

趋磁细菌是一类能够感知地磁场并沿磁力线运动的微生物，它们在体内形成一种名为磁小体的细胞器，类似于微型磁针。中国农业大学生物学院文莹/田杰生课题组近期在《核酸研究》发表的研究揭示了磁小体生物合成的关键机制。

研究发现，趋磁细菌通过一氧化氮（NO）响应蛋白NsrR来调控磁小体的合成。NsrR能够直接激活磁小体岛基因，包括最关键的mamAB操纵子的表达。这一发现颠覆了长期以来认为磁小体生物合成基因表达是组成型的、趋磁细菌趋磁现象是被动的观点。

趋磁细菌最早出现在约30亿年前的太古宙，是最早利用地磁场进行导航的物种。它们的磁小体不仅在生物矿化、磁性分离、固定化酶、食品检测、环境监测、医学诊断、磁共振成像、磁热疗和靶向治疗等领域具有广阔的应用前景，还为研究生物地磁导航的起源、演化和机制提供了重要线索。

地球磁场的强度并非恒定不变，其变化对生物圈演化产生了深远影响。罗切斯特大学的研究团队通过分析古代长石和辉石晶体中的磁性粒子，重建了地球磁场的发展时间线，发现在埃迪卡拉纪（635-541百万年前）期间，地球磁场强度比今天弱30倍，这种超低磁场强度持续了至少2600万年。

这种弱磁场状态使得太阳带电粒子更容易剥离大气中的轻原子，如氢，导致大气和表层海洋的氧化增加。这一变化为复杂多细胞生物的出现创造了条件。研究显示，埃迪卡拉纪的生物群体显示出早期动物的特征，有些甚至达到一米以上的长度，表明它们可能需要比早期生物更多的氧气。

地球磁场研究的突破正在为医疗领域带来革命性的进展。在癌症治疗领域，仿生磁性纳米材料展现出巨大的应用潜力。纳米医学利用尺寸在1-100纳米之间的材料，通过在分子水平上精确定位疾病，提高药物输送、诊断和治疗效果。

在靶向给药方面，纳米粒子可以绕过生物组织，直接针对病变和细胞。例如，RNA适配体可以与特定癌症标志物结合，增强纳米粒子对癌细胞的靶向性。多柔比星等化疗药物的脂质体制剂可减少向心脏和肾脏的输送，同时增强药物在肿瘤内的蓄积。

在成像与诊断方面，量子点等纳米粒子可用作分子成像的标记物，提供更清晰、更详细的肿瘤图像。与传统方法相比，纳米结构诊断具有更高的灵敏度和选择性，有助于在早期阶段发现疾病，提高治疗成功的几率。

潘永信团队的研究不仅深化了我们对地球磁场的理解，还为生物医学、环境监测等多个领域提供了新的研究方向。这些跨学科的创新成果，正在为人类社会带来深远的影响。