25-06-2023
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.
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]
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]
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.
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.
Любопытно, что схожие с бактериальными цепочки магнетита были найдены в Марсианских метеоритах, что вполне можно счесть доказательством существования там жизни.[6]
Магнетосома.