Магнетосома

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Магнетосома (бактериальная магнитная наночастица, бактериальная магнитная частица, англ. magnetosome) — мембранная структура бактерий,[1] характерная для обладающих магнитотаксисом бактерий, содержащая монодоменные ферромагнитные кристаллы.[2] Обычно в клетке содержится от 15 до 20 кристаллов магнетита, которые вместе действуют как игла компаса, помогая бактерии ориентироваться относительно геомагнитных полей, и таким образом упрощая им поиск их излюбленной микроаэрофильной среды обитания. Частицы магнетита также обнаружены в эукариотических магнитотактических водорослях, клетки которых содержат несколько тысяч кристаллов.

Описание[править | править вики-текст]

Пример магнитотактической бактерии, содержащей цепочку магнетосом.

Зрелые магнетосомы имеют видоспецифичную форму и размеры кристаллов от 30 нм до 100 нм. Форма кристаллов варьирует, известно о трёх основных формах: кубооктаэрдрические, удлинённо-призмообразные (многоугольные), а также в форме зуба, пули. Наличие липопротеиновойной мембраны расширяет спектр их возможного применения за счет модификации мембранных белков. Магнетосомы, как правило, собраны в цепочки внутри бактерии и создают мощный магнитный диполь, обеспечивающий ориентирование относительно силовых линий магнитного поля Земли. Магнетосомы обладают уникальными свойствами и рядом преимуществ по сравнению с магнитными наночастицами, получаемыми химическим путем, так как являются более химически чистыми вследствие биоминерализации. Показана возможность использования магнетосом для магнитной сепарации клеток и белков, выделения ДНК и РНК непосредственно из биологических жидкостей.

В настоящее время в медицине разрабатываются новые подходы на основе синтетических магнитных частиц, которые применяются для адресной доставки химиотерапевтических средств в пораженный орган, в качестве контрастирующих агентов в магнитно-резонансной томографии и при лечении злокачественных опухолей.[2]

Химический состав[править | править вики-текст]

Магнетосомы имеют видоспецифичную кристальную морфологию. Бактерии, в которых они находятся, обычно минерализуют их из окида железа, который содержат кристаллы магнетита или сульфида железа с кристаллами грейгита (Fe3S4). В них также могут содержатся некоторые другие минералы из серы и железа — включая макинавит, (тетрагональный FeS) и кубический FeS — которые, как полагают, являлись предшественниками Fe3S4. Один из типов магнетосомных бактерий представленный в бескислородных водах) в южном бассейне эстуария реки Петтакуамскатт , Наррагансетт (Род-Айленд), США откладывают в магнетосомы как оксид так, и сульфид железа .[3][4]

Физические свойства[править | править вики-текст]

Магнетосомные кристаллы обычно 35-120 нм в длину, что делает их монодоменными. Монодоменные кристаллы имеют максимально возможный магнитный момент на единицу объёма для данного материала. Маленькие кристаллы суперпарамагнетиков - которые не всегда проявляют магнетизм при окружающей температуре, и их мембраны организуются в кристаллы. В большинстве магниточувствительных бактерий, магнетосомы расположены в одну или более цепь. Магнитные взаимодействия между кристаллами магнетосом ориентирует их дипольные моменты параллельно длинной оси цепи. Дипольный момент клетки обычно достаточно велик для того, чтобы её взаимодействие с магнитным полем Земли преодолело броуновское движение которое постоянно меняет ориентацию клетки находящейся в воде. Магнеточувствительные бактерии также проявляют отрицательный аэротаксис, те. движутся в направлении оптимальной концентрации кислорода. Концентрация кислорода в больших водоёмах обычно зависит от глубины. До тех пор пока магнитное поле Земли имеет существенный нисходящий наклон, ориентация вдоль его силовых линий приведёт бактерий к оптимальной концентрации кислорода. Этот процесс называется магнито-аэротаксис.

Различия в строении[править | править вики-текст]

Хотя единственная цепь из магнетосом является идеальным приспособлением для магнито-аэротаксиса, ряд магнеточувствительных бактерий имеет магнетосомы отличные от идеала.[5] Один из примеров: большие (до 200 нм) магнетосомы обнаруженные в коккоидных клетках в Бразилии. Их дипольный момент в 250 раз больше такового у обычных клеток Magnetospirillum magnetotacticum. Также много примеров бактерий, содержащих сотни магнетосом, гороздо больше, чем требуется для ориентации. Некоторые большие, палочко-образные организмы, Magnetobacterium bavaricum, до тысячи пулеподобных магнетосом, организованных в несколько цепей, пересекающих клетку. У некоторых бактерий магнетосомы не собраны в цепи, а сконцентрированны на одной стороне клетки. При такой организации, структурная анизотропия каждого кристалла создаёт защиту от размагничивания. Такая «не идеальная» организация может указывать на дополнительные, ещё неизвестные функции магнетосом, возможно связанные с метаболизмом.

Прочее[править | править вики-текст]

Любопытно, что схожие с бактериальными цепочки магнетита были найдены в Марсианских метеоритах, что вполне можно счесть доказательством существования там жизни.[6]

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Komeili, A., Zhuo Li and D. K. Newman «Magnetosomes Are Cell Membrane Invaginations Organized by the Actin-Like Protein MamK» Science, 311, Jan. 2006, p. 242—245
  2. 1 2 Груздев Денис Сергеевич. Магнетосома в словаре нанотехнологических терминов. Роснано. Проверено 28 ноября 2011. Архивировано из первоисточника 5 сентября 2012.
  3. Bazylinski, D and Heywood, B and Mann, S and Frankel, R (18 November 1993). «Fe3O4 and Fe3S4 in a Bacterium». Nature 366 (6452): 218. DOI:10.1038/366218a0.
  4. Bazylinski, D and Frankel, R and Heywood, B and Mann, S and King, J and Donaghay, P and Hanson, A (September 1995). «Controlled Biomineralization of Magnetite and Greigite in a Magnetotactic Bacterium». Applied and Environmental Microbiology 61 (9): 3232–9. PMID 16535116.
  5. R. Frankel «Biological Permanent Magnets» Hyperfine Interactions 151/152: 145—153, 2003
  6. Peter R. Buseck, Rafal E. Dunin-Borkowski, Bertrand Devouard, Richard B. Frankel, Martha R. McCartney, Paul A. Midgley, Mihály Pósfai, and Matthew Weyland: Magnetite morphology and life on Mars In: Proceedings of the National Academy of Sciences 2001 November 20; 98(24): 13490-13495. Online

Литература[править | править вики-текст]

  • Bazylinski D. A. Synthesis of the bacterial magnetosome: the making of a magnetic personality // Int. Microbiol. 1999. V. 2, № 2. P. 71-80.
  • Blakemore R. P. Magnetotactic bacteria // Science. 1975. V. 190. P. 377—379.
  • Schüler D. Genetics and cell biology of magnetosome formation in magnetotactic bacteria // FEMS Microbiol.

Ссылки[править | править вики-текст]