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.
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.
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.
"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
Diskuze:
