本文發表在《大眾科學》的前部落格網路中，反映的是作者的觀點，不一定代表《大眾科學》的觀點
“在生物學中，磁性是一種獨特的、幾乎正交的物理特性。”
只有少數生物可以主動感知和利用磁場。磁性趨向細菌含有密集的鐵膜結合細胞器鏈，其中充滿了稱為磁小體的磁性晶體，它們像微型指南針一樣起作用。含有磁小體的細菌可以檢測地球的磁場，告訴它們哪個方向是向上，並幫助它們在靠近水面的地方找到氧氣。遷徙的動物也可以透過追蹤地球的磁力線來導航，但它們感知地磁場的機制仍然不清楚。
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所有其他生物都含有鐵，但很少能達到明顯磁化的程度。Keiji Nishida和Pamela Silver今天在PLoS Biology上發表了一篇驚人的論文，展示瞭如何透過生理或基因改變酵母內部的鐵含量，使細胞磁化並被磁鐵吸引。幾乎所有細胞，從細菌到人類，都含有蛋白質鐵蛋白，它可以將鐵隔離在細胞內（防止鐵中毒），並在需要時釋放鐵。酵母通常不含鐵蛋白，而是通常將鐵收集在稱為液泡的細胞器中。刪除幫助液泡吸收鐵的基因，並透過基因工程改造酵母以產生鐵蛋白，可以增加酵母細胞可以吸收的鐵的量，足以明顯增強它們的磁性。
“細胞培養物暴露在磁鐵下，觀察到吸引力。”
當您將鐵新增到酵母生長的培養基中時，即使是野生型、未經改造的細胞也具有一些磁性，這種“基礎磁化”是由液泡中積累的鐵引起的。Nishida使用超導量子干涉儀 (SQUID) 表明，刪除液泡中鐵的積累和表達鐵蛋白的協同效應使細胞的磁性比野生型酵母強 3 倍，能夠迅速被放置在液體培養物下方的磁鐵吸引（以可愛的圖案或不以圖案排列）。
接下來，他們想看看是否可以透過控制鐵穩態或細胞氧化還原狀態的基因來控制酵母的磁性，而不僅僅是透過新增更多的鐵。氧化還原平衡決定了細胞中有多少電子可用，當電子較少時，鐵會從Fe2+氧化為Fe3+並從溶液中沉澱出來形成磁性簇。在篩選了 60 個用於改變磁性的基因缺失後，發現一個基因對於在高鐵培養基中觀察到的磁性是必需的。TCO89是TORC1中一個非必要的部分，TORC1是一個包含許多蛋白質的複合物，參與調節細胞應激反應，包括營養和氧化還原應激。當TCO89被刪除時，細胞不具磁性，當它以多個複製表達時，細胞更強烈地被磁鐵吸引。由於這種基因劑量依賴性，可以透過基因調控機制來控制TCO89的表達，從而在酵母中誘導磁性，而這種機制可以透過外部條件（如營養物或化學物質的存在）來啟用。這可以用作合成生物學中獨特的生物輸入或輸出，改進危險金屬的沉澱和生物修復工作，並影響我們對細胞鐵和電子代謝的理解。
“氧化還原狀態在磁化中的重要性提供了對磁性趨向細菌的見解。”
磁性趨向細菌僅生活在微氧環境中，利用其磁性晶體找到理想的氧氣濃度。氧氣的可用性會影響細胞的氧化還原狀態，暗示了鐵隔離、氧化還原介導和生物磁性進化之間可能存在的進化聯絡。也許適應特定氧化還原條件的細胞為鐵晶體的形成創造了理想的化學環境，從而進化成了磁小體。
磁性令人著迷，並且生物學可以透過所有細胞生物化學的基礎過程透過基因創造磁鐵這一事實，簡直可以用神奇來形容。請觀看下面與作者的影片
以及在PLoS Biology上的論文（開放獲取）：Nishida K 和 Silver PA。(2012) “靶向雷帕黴素複合物1訊號通路成分誘導生物磁化和氧化還原控制。” PLoS Biology, e1001269.