Кіріспе
Магнитотактикалық бактериялардағы органеллалар. Магнитосомалар – магнитотактикалық бактерияларда (МТБ) кездесетін мембраналық құрылымдар. Олардың құрамында липидтік екі қабатты мембранаға енген темірге бай магниттік бөлшектер болады. Әрбір магнитосома көбінесе 15-20 магнит кристалдарынан тұрады, олар геомагниттік өрістерде магнитотактикалық бактерияларды бағыттау үшін компас тілі сияқты жұмыс істейтін тізбек құрайды, соның арқасында олар таңдаған микроаэрофильді ортаны іздеуді жеңілдетеді. Жақындағы зерттеулер магнитосомалардың ішкі мембрананың ішке қарай өсуы (инвагинация) екенін, ал емес дербес көпіршіктер екенін көрсетті. Магнетиттен тұратын магнитосомалар эукариоттық магнитотактикалық балдырларда да табылды, әрбір жасушада мыңдаған кристаллдар бар. Жалпы, магнитосома кристалдары жоғары химиялық тазалыққа, тар мөлшерлік диапазонға, түрге тән кристалл морфологиясына ие және жасуша ішінде белгілі бір ретпен орналасқан. Бұл ерекшеліктер магнитосомалардың қалыптасуы нақты биологиялық бақылауда екенін және биоминералдану арқылы жүзеге асырылатынын көрсетеді. Магнитотактикалық бактериялар әдетте темір оксидінен тұратын магнитосомаларды (Fe3O4) немесе темір сульфидінен тұратын магнитосомаларды (Fe3S4) минералдайды. Темір сульфиді магнитосомаларында басқа да бірнеше темір сульфид минералдары анықталды, олардың ішінде маккинавит (тетрагональды FeS) және кубтық FeS бар, олар Fe3S4-тің алдында пайда болатын заттар (прекурсорлар) саналады. Америка Құрама Штаттарының Род-Айленд штатындағы Нарагансетт қаласында, Петтакуамскатт өзенінің сағасының оңтүстік бөлігіндегі оксидтік-аноксикалық ауысу аймағында (ОАТЗ) кездесетін магнитотактикалық бактериялардың бір түрі темір оксиді және темір сульфиді магнитосомаларын бірдей өндіреді.
Magnetosomes are membranous structures present in magnetotactic bacteria (MTB). They contain iron rich magnetic particles that are enclosed within a lipid bilayer membrane. Each magnetosome can often contain 15 to 20 magnetite crystals that form a chain which acts like a compass needle to orient magnetotactic bacteria in geomagnetic fields, thereby simplifying their search for their preferred microaerophilic environments. Recent research has shown that magnetosomes are invaginations of the inner membrane and not freestanding vesicles. Magnetite bearing magnetosomes have also been found in eukaryotic magnetotactic algae, with each cell containing several thousand crystals. Overall, magnetosome crystals have high chemical purity, narrow size ranges, species specific crystal morphologies and exhibit specific arrangements within the cell. These features indicate that the formation of magnetosomes is under precise biological control and is mediated biomineralization. Magnetotactic bacteria usually mineralize either iron oxide magnetosomes, which contain crystals of magnetite ( |Fe3O4), or iron sulfide magnetosomes, which contain crystals of greigite ( |Fe3S4). Several other iron sulfide minerals have also been identified in iron sulfide magnetosomes—including mackinawite (tetragonal FeS) and a cubic FeS—which are thought to be precursors of |Fe3S4. One type of magnetotactic bacterium present at the oxic anoxic transition zone (OATZ) of the southern basin of the Pettaquamscutt River Estuary, Narragansett, Rhode Island, United States is known to produce both iron oxide and iron sulfide magnetosomes.
Мақсаты
Магнитотактикалық бактериялар – кең таралған, қозғалмалы, әртүрлі прокариоттар болып табылады, олар магнетосома деп аталатын ерекше органелланы биоминералдайды. Магнетосома – липидтік екі қабатты мембранамен оралған магниттік темір минералының наноөлшемді кристаллынан тұрады. Көптеген магнитотактикалық бактериялардың жасушаларында магнетосомалар жақсы ұйымдастырылған тізбектер түрінде орналасқан. Магнетосома тізбегі жасушаның қозғалмалы, кішкентай компас тігізі сияқты қызмет етуіне себеп болады, онда жасуша магнит өрісінің сызықтарына параллель бағытталады және жүзеді. Жасушаның магниттік дипольдік моменті көбінесе Жердің магнит өрісімен өзара әрекеттесуі, жасушаның сулы ортадағы бағытын кездейсоқ етуге ұмтылатын жылулық күштерді жеңуге жеткілікті болады. Магнитотактикалық бактериялар аэротаксисті де пайдаланады. Аэротаксис – бұл оттегі концентрациясының өзгеруіне жауап ретінде оңтайлы оттегі концентрациясы бар аймаққа қарай жүзуге мүмкіндік беретін реакция. Көлдер мен мұхиттардың оттегі концентрациясы көбінесе тереңдікке байланысты болады. Егер Жердің магнит өрісінің айтарлықтай төмен қарай бұрышы болса, өріс сызықтары бойынша бағдарлану оптималды концентрацияны іздеуге көмектеседі; бұл процесс магнетоаэротаксис деп аталады.
сүтқоректілердің магнитосомаға ұқсас жасушалары
Зерттеулер адам миының тіндерінде магнитосомалық жасушалардың табылуын көрсетті. Сүтқоректілер сияқты омыртқалы жануарларда магнетит бөлшектерінің биосинтезі бактериялық жасушаларда байқалғанға ұқсас болуы мүмкін, бірақ бұны растайтын ешқандай дәлел жоқ. Бактериялық магнитосомалар мен адам магнитосомаларының арасындағы айырмашылықтар – әрбір жасушада синтезделген магнетит бөлшектерінің саны, олардың әрбір организмде кластерленуі және әр магнитосоманың қызметі. Магнетосомалық бактериялық жасушаның бір түрінде түрдің әрбір өкілі үшін органелла ішінде сызықтық түрде орналасқан 20 магниттік бөлшек болуы мүмкін. Ал адамда органелла ішінде 1000-нан 10000-ға дейін магниттік бөлшектер кластерленіп орналасуы мүмкін, мұндай органелла 5000 жасушаның тек біреуінде ғана кездеседі. Соңында, адамның магнитосомалық органелласының жердің магнит өрісін сезуге қатысы жоқ, оның қызметі әлі белгісіз.
Құрылу
Магнитотактикалық бактериялар магнитосомалар ішіндегі минералды кристалдардың қалыптасуын өте жоғары дәрежеде бақылауға мүмкіндік беретін биоминерализация деп аталатын процесті пайдаланады. Биоминерализация процесі МТБ-ға әрбір магнитті кристалдың пішіні мен мөлшерін, сондай-ақ оның бағытын басқаруға мүмкіндік береді. Бұл нақты магнитті кристалдар бір түрдің ішінде толықтай бірдей, бірақ түрлер арасында олардың мөлшері, құрылымы, қалыптасуы, саны өзгеруі мүмкін, бірақ мақсаты өзгермейді. Олар бактериялар үшін қолайлы климатқа қарай геомагниттік күштерге бағыну үшін әрқашан қолданылады. [[Файл:Магнитосома тізбегінің қалыптасуы.png|thumb|Магнитосома тізбегінің қалыптасуы]]
Магнит кристалдарының мөлшері
Магниттактикалық кристаллдардың мөлшері 30 нанометрден 120 нанометрге дейін өзгереді. Бұл мөлшер олардың магниттік тұрақтылығын қамтамасыз етеді және магниттаксисқа қарай МТБ қабілетін оңтайландыруға көмектеседі. Бір доменді кристаллдар белгілі бір құрамда бірлік көлемге шамамен ең жоғары магниттік моментке ие. Көлденеңірек кристаллдар жасушалық магниттік моментке үлес қосуда тиімді болмайды, өйткені олар суперпарамагниттік, демек, тұрақты түрде магниттік емес. 120 нанометрден аспайтын кристаллдар қажетті бағытқа қарсы магниттік домендер құрайды. Магнитоаэртаксис үшін бір магнитосома тізбегі идеалды болғанымен, көптеген магниттактикалық бактерияларда магнитосомалар немесе магнитосомалық құрылымдар идеалдан өзгеше болады. Мысалы, Бразилиядағы кокоид жасушаларында 200 нанометрге дейін жететін ірі магнитосомалар табылған.