Bakterie se dvěma typy magnetické střelky  
Mezinárodní tým biologů objevil mikroorganismus, který syntetizuje dva různé magnetické biominerály.

 

Zvětšit obrázek
Bazén Badwater má rozlohu asi 500 km2. Patří tak mezi největší chráněné solné pláně světa. Protože v Údolí smrti spadne ročně v průměru okolo 50 mm srážek, mělké slané jezero vzniká jen dočasně a způsobuje, že se obraz krajiny v detailech z roku na rok liší. Kredit: 1/ Dennis Bazylinski and Christopher Lefèvres; 2/ stránka Death Valley National Park

Magnetotaktické bakterie jsou zajímavou skupinou ve vodě žijících jednobuněčných mikroorganismů. Mají jeden z mála jednoznačně potvrzených a prozkoumaných senzorů pro orientaci podle magnetického pole Země. Jejich buňky obsahují magnetozomy - nanokrystaly železnato-železitého oxidu, magnetitu (Fe3O4, přesněji Fe2+Fe3+2O4), nebo sirníku greigitu (Fe33S4, přesněji Fe2+Fe3+2S4) uspořádané ve vnitrobuněčné membráně do řetízku. Oba železité biominerály jsou magnetické a tak podélné řady jejich drobných zrníček fungují jako jehla kompasu a umožňují bakteriím orientovat se ve vodním prostředí, kde se nemohou spolehnout na gravitaci, protože se v něm volně vznášejí. Právě k tomuto účelu jim slouží vlastní kompasy navigující je podél magnetických siločar, jež mají nejen severo-jižní směr, ale i sklon od horizontální roviny, tedy inklinaci. V České republice se její hodnota pohybuje okolo 65 °, takže bakterie plovoucí k severu klesá zároveň do hloubky a naopak, jižním směrem stoupá k hladině. To jí spolu s chemickými signály pomáhá ve vodním sloupci najít nejvhodnější horizont pro přežití. 

Zvětšit obrázek
Buňka bakteriální linie BW-1, která vytvořila krystalky jenom sirníku greigitu. Kredit: Christopher T. Lefèvre et al., Science 2011

 

Magnetotaktické bakterie nejsou žádnou vzácností, představují evolučně starou, geograficky rozšířenou a druhově rozmanitou skupinu. Jedny, a těch je většina, ve svých buňkách syntetizují zrníčka magnetitu, jiné greigitu. Jsou ale i takové, které dokážou obojí v závislosti od oxidačně-redukčních a chemických vlastností okolního prostředí. Novou bakteriální linii s touto schopností objevil v kalifornském Údolí smrti francouzsko-americký tým a výsledky jeho bádání, v němž byli zapojeni i vědci z Brazílie a Maďarska, zveřejnil v posledním loňském vydání časopis Science.


Doposud neznámý typ magnetotaktických baktérií biologové identifikovali ve vzorcích poloslané (brakické) vody a v sedimentech bezodtokové prohlubně Badwater, která je s nadmormořskou výškou -86 m n. m. nejníže položeným místem Severní Ameriky. Pro zajímavost připomeňme, že i jiná nejnížší místa na kontinentech tvoří podobné bezodtokové bazény v aridních oblastech. Na rozdíl od Badwater, jenž je sice zaplavován po zřídkavých srážkách, ale zanedlouho téměř zcela vysychá v pláň pokrytou vrstvou soli a prosoleného bahna, jsou povětšinou trvale zalitá vodou s vysokým obsahem solí. Způsobuje to velký výpar kompenzující málo vydatný přítok. Příkladem je argentinská Laguna del Carbón (-105 m n. m.) v Jižní Americe, Kaspické moře (-28 m n. m.) na hranicích Ruska, Ázerbájdžánu, Turkmenistánu, Kazachstánu a Íránu, jezero Assal (-155 m n. m.) ve východoafrickém Džubutsku, nebo i jednička v tomto žebříčku - Mrtvé moře (-424 m n. m.) mezi Izraelem a Jordánskem. Voda tohoto proslulého jezera má 8,6 krát vyšší salinitu, než je její průměrná hodnota v oceánech.

Zvětšit obrázek
Objevený mikrorganismus se podobá jiným magnetotaktickým bakteriím. V jeho oválné buňce se nachází magnetozom s řetězcem nesystematicky uspořádaných nanokrystalků dvou minerálů – magnetitu s pravidelným kónusovým tvarem a nepravidelně tvarované zrníčka greigitu. Kredit: Christopher T. Lefèvre et al., Science 2011

 

Ale vraťme se k nově objeveným mikroorganizmům z Údolí smrti, jejichž linie byla podle místa nálezu „Bad Water“ označena BW-1. Ve svých buňkách tvoří jeden nebo dva magnetozomy s ne příliš systematicky uspořádanými zrníčky magnetitu nebo greigitu, případně obou těchto minerálů. Ty se liší nejen chemickým složením, ale i tvarem, což umožňuje je lépe rozeznat pod mikroskopem. I když oba patří do krychlové krystalografické soustavy a v přírodě ve vhodných podmínkách vytvářejí pravidelné osmistěny, v bakteriálních magnetozomech tvoří oxid železa, magnetit, kónusové částice a sulfid železa, greigit, má nepravidelný, spíše sférický nebo oválný tvar. Vědci sérií pokusů prokázali, že zastoupení těchto magnetických minerálů v magnetozomech bakterie BW-1 závisí od koncentrace sirovodíku, jenž se akumuluje v okolní vodě v průběhu růstu buňky. Z toho vyplývá, že různé vnější chemické podmínky ovlivňují aktivitu jiných genů kódujících program pro tvorbu biominerálů. Detailní studium bakteriálního genomu umožnilo vědcům tyto dvě, zdvojením a mutacemi vzniklé genetické sady odhalit. I ty dokazují, že magnetotaktické bakterie linie BW-1 mohou přežít v širokém oxidačně-redukčním rozpětí a metabolizovat jak kyslík, tak i sírany, jež redukují na sirovodík. I při terénním průzkumu byly bakterie tvořící zejména greigit objeveny v hlubších zvodnělých sedimentech, až asi 63 metrů pod povrchem dna bazénu Badwater.

Zvětšit obrázek
Magnetotaktická bakterie Magnetospirillum gryphiswaldense se nejdřív ve středu prohne a rozpůlí magnetozom - řetězec magnetických biokrystalků uložených ve nitrobuněčné membráně. Až pak se rozdělí ve dvě dceřiné buňky. Znázorněná úsečka představuje 1 mikrometr. Kredit: S. Staniland et al., Journal of Basic Microbiology 2010

 

"Vzhledem k tomu, že baktérie produkující greigit nebyly doposud izolovány, nebyly tyto biokrystaly testovány pro možné biomedicínské případně jiné aplikace, v nichž se nyní používá magnetit," říká Dennis Bazylinski z University of Nevada, jeden z členů badatelského týmu. Odlišné fyzikální a magnetické vlastnosti tohoto sulfidu by mohly nabídnout i nové možnosti jeho využití. Na jejich hledání hodlají nyní francouzští a američtí vědci zaměřit svou pozornost.


Protože se bakterie množí dělením mateřské buňky na dvě dceřiné, bylo dlouho nezodpovězenou otázkou, co se přitom děje s magnetozomy. Vědci z britské University of Leeds nedávno vysvětlili, že se zcela spravedlivě podělí fifty-fifty. Podélné mateřské buňky se ve svém středu nejdříve prohnou, což oslabí vzájemnou magnetickou přitažlivost mezi sousedními zrníčky. Řetězce magnetozomů se v místě ohybu rozpůlí a obě části se posunou k protilehlým koncům buňky, která se až následně rozdělí (obrázek vlevo). 




Video: V kapce s bakteriemi získanými ze vzorků vody a sedimentů bazénu Badwater v kalifornském Údolí smrti dominují podlouhlé magnetotaktické bakterie. Dokazuje to změna vnějšího magnetického pole, která ovlivňuje směr pohybu těchto bakterií. Ty, které na ni nereagují, jsou jiné druhy mikrobů. Kredit:  Christopher T. Lefèvre et al., Science 2011/NSF



 

Zdroj: NSF

Datum: 03.01.2012 12:16
Tisk článku

Anatomie 1 - Čihák Radomír
 
 
cena původní: 1739 Kč
cena: 1478 Kč
Anatomie 1
Čihák Radomír

Diskuze:

Žádný příspěvek nebyl zadán



Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni














Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace