迄今為止，在生物膜形成的背景下，細(xì)菌細(xì)胞誘導(dǎo)的生物礦化機(jī)制仍然是密集研究的主題。在本研究中，我們分析了培養(yǎng)基成分對蠟樣芽孢桿菌細(xì)胞誘導(dǎo)CaCO3沉淀的影響以及在浸沒培養(yǎng)中形成的細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)的組成。在生長過程中，細(xì)胞外多糖和淀粉樣蛋白的積累似乎與鈣和尿素的存在無關(guān)，而細(xì)胞外DNA (eDNA)的積累以及碳酸鈣的沉淀則需要培養(yǎng)基中這兩種成分的存在。除去對DNase處理敏感的eDNA，不影響其他基質(zhì)成分，但導(dǎo)致細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)形成的破壞和沉淀產(chǎn)量減少了六倍。一項無細(xì)胞系統(tǒng)的實驗證實了添加外源鮭魚精子DNA后礦物形成的加速。在蠟樣芽孢桿菌浮游培養(yǎng)中觀察到的形成CaCO3礦物的途徑包括產(chǎn)生胞外多糖和帶負(fù)電荷的eDNA晶格，促進(jìn)局部Ca2+過飽和，再加上由于pH升高導(dǎo)致碳酸鹽離子濃度增加，導(dǎo)致碳酸鈣不溶性沉淀物的形成。在eDNA基質(zhì)上沉淀無定形CaCO3，然后通過acc -釩石-方解石/文石途徑形成晶體，并進(jìn)一步與細(xì)胞外聚合物物質(zhì)形成更大的礦物聚集物。綜上所述，我們的數(shù)據(jù)表明，細(xì)胞外基質(zhì)中的DNA是觸發(fā)蠟樣芽孢桿菌浮游培養(yǎng)生物礦化的重要因素。

　　在過去的十年中，微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉淀(MICP)過程受到了廣泛的關(guān)注。MICP*深入研究的應(yīng)用之一是開發(fā)利用鈣化微生物恢復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)的技術(shù)。在大多數(shù)情況下，微生物法已被開發(fā)用于歷史石材建筑的修復(fù)1,2，其主要優(yōu)勢被認(rèn)為是對天然礦物形成的模仿，應(yīng)保證新形成的CaCO3礦物與建筑材料的良好相容性3,4，研究微生物誘導(dǎo)的生物礦化過程的重要性在與人類健康相關(guān)的領(lǐng)域也很明顯。在臨床實踐中，具有高脲酶活性的微生物，如奇異變形桿菌，可形成一種結(jié)膜生物膜，堵塞導(dǎo)尿管，常引起尿潴留和尿路上升感染，可導(dǎo)致膀胱炎、腎盂腎炎、膀胱結(jié)石、腎結(jié)石，甚至致命并發(fā)癥:敗血癥和內(nèi)毒素休克4。Seifan等報道了MICP在牙釉質(zhì)微裂紋修復(fù)中的應(yīng)用5。在所有情況下，細(xì)菌在這些過程中起著主要作用，因此，了解微生物誘導(dǎo)礦化的機(jī)制對于土木工程和生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用仍然是決定性的。

　　生物礦化*流行的假說之一是在微生物膜上形成晶體。幾個研究小組報道了細(xì)胞代謝反應(yīng)過程中細(xì)胞內(nèi)碳酸鹽離子的形成以及細(xì)胞外游離鈣離子的吸引，隨后在帶負(fù)電荷的細(xì)胞壁表面形成CaCO3沉淀，如文獻(xiàn)6所述。在這種情況下，晶體形態(tài)取決于許多因素:細(xì)菌細(xì)胞形態(tài)、環(huán)境成分以及物理因素(溫度、pH值和曝氣)7。Ghosh等人證實了這一點，他們在巴氏芽孢弧菌5表面出現(xiàn)了納米級碳酸鈣晶體，支持了負(fù)電荷表面在晶體形成中起核心作用的假設(shè)。相比之下，Zhang等人聲稱，帶負(fù)電荷的表面并不是晶體沉淀的必要因素，細(xì)菌在這個過程中的作用更為復(fù)雜。Bundeleva等在對缺氧Rhodovulum sp.7的研究中，未觀察到在細(xì)胞表面和細(xì)胞附近有晶體形成。作者假設(shè)存在細(xì)胞對礦物沉積的保護(hù)機(jī)制，并提出了離細(xì)胞表面一定距離的晶體沉積的想法。Zhang等人8認(rèn)為，在初始階段形成球形核，然后根據(jù)生長條件形成各種形狀的晶體結(jié)構(gòu)。CaCO3的非晶態(tài)相(ACC)顯然在這一過程中發(fā)揮了重要作用，是球形核的主要組成部分之一。