Магнетосома

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

Зрелые магнетосомы имеют видоспецифичную форму и размеры кристаллов от 30 нм до 100 нм. Форма кристаллов варьирует, известно о трёх основных формах: грубо-кубоидальные, удлинённо-призмообразные (многоугольные), а также в форме зуба, пули или наконечника стрелы. Наличие липопротеидной 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 передвижение вдоль 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, и чрезвычайно мелкими. 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

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

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 всегна 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

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 магнтосом, организованных в несколько цепей, пересекающих клетку. У некоторых бактерий магнетосомы не србраны в цепи, а сконцентрированны на одной стороне клетки. При такой организации, структурная анизотропия каждого кристалла создаёт защиту от размагничевания. Такая «не идеальная» организация может указывать на дополнительные, ещё неизвестные функции магнетосом, возможно связанные с метаболизмом.

Прочее

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

См. также

• Магнитотаксис
• Магнитобиология

Примечания

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. Архивировано из первоисточника 5 сентября 2012. Проверено 28 ноября 2011.
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

• 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

• При написании этой статьи использовался материал^{(статья, авторы)} из издания «Словарь нанотехнологических терминов» (2009—…), доступного по лицензии Creative Commons BY-SA 3.0 Unported.

Для улучшения этой статьи желательно?: Добавить иллюстрации.

Вэб-ссылки

• Фотогалерея магнеточувствительных бактерий