Magnetotaktilised bakterid

Joonis 1. Magnetospirillum magneticum AMB-1. Pildil on näha magnetosoomide kett. Allikas: Komeili 2012

1975-ndal aastal avastas Richard P. Blakemore fülogeneetilise bakterite rühma, mille nimetas magnetotaktilisteks bakteriteks (MB). Tegelikkuses oli see bakterite rühm juba 12 aastat varem avastatud Salvatore Bellini poolt, kes kahjuks avaldas oma leiu vaid itaalia keeles Pavia Ülikooli Instituto di Microbiologia kaudu ja seetõttu ei teadnud teadusmaailm sellest midagi. Mõlemad mehed nägid nende bakterite puhul imelikku käitumismaneeri – need suunasid end Maa magnetvälja järgi. Miks ja kuidas MD-d seda suudavad vaatlemegi lähemalt.

Joonis 2. Oksü/anoksü üleminekutsoon (OATZ). MD-d kasutavad Maa magnetvälja, et kergesti OATZ leida. Allikas: Komeili 2012

Juba varajased katsed nii Blackmore’i kui ka teiste teadlaste poolt tegid kindlaks, et MB-d reageerivad magnetväljadele erilise organelli – magnetosoomi abil. Magnetosoomid koosnevad magneetilisest mineraalist (magnetiit Fe3O4või greigiit Fe3S4), mida ümbritseb kahekihiline lipiidmembraan (vaata ka jooniselt 1). Üksikud magnetosoomid paiknevad rakus pikkade kettidena, mis võimaldavad rakul end magnetväljaga joondada. Üksikute magnetosoomide magnetväli oleks selleks liiga nõrk.

MB-d on väga tundlikud hapniku suhtes. Arvatakse, et võime maa magnetvälja abil orienteeruda võimaldab neil lihtsamini elupaiku leida. Et leida optimaalne hapniku ja toitainete kontsentratsioon ujuvad enamik baktereid suhteliselt suvaliselt ringi, kuni leiavad parima paiga. MB-de puhul on liikumine viidud ühele dimensioonile. Liikudes mööda magnetvälja on neil kergem leida oksü/anoksü üleminekutsoon, kus on neile eluks vajalikud tingimused. Magnetosoomide kasulikkuse kohta bakteritele on veel mitu teooriat, kuna ükski neist ei ole seletanud kõiki aspekte MB-de käitumises, ent eelpool kirjeldatu on seni enim toetust leidnud.

Kuigi MB-sid on uuritud juba üle 40 aasta, ei ole  lahendatud kõiki nende saladusi. Ometi on nad andnud ja annavad meile ka edaspidi väga olulist informatsiooi ning võivad pakkuda tulevikus erinevaid biotehnoloogilisi kasutusvõimalusi. MB-d mängivad tõenäoliselt olulist rolli veekeskondades toimuvas raua tsüklis. Arvatakse, et kuni 10% lahustunud rauast omandatakse MB-de poolt, mis sadestub lõpuks magnetiidina. Lisaks annavad MB-d kerge viisi uurimaks biomineralisatsiooni kuna on kõige iidsemad ja lihtsamad organismid, kes seda võimet omavad.

Lisaks on tuntud MB-de vastu huvi ka biomeditsiini ja –tehnoloogia vallas, kuna nende poolt toodetud magneetilised osakesed on ühtse suuruse ja kujuga ning puhtad. Uuringud, kus MB-sid kasutada võiks varieeruvad kasvajate ravist ja MRT-st (magnetresonantstomograafia) kuni bioremediatsioonini välja. Julgemad on öelnud ka, et tulevikus võime me nende bakterite abil toota elektrienergiat. Kui kaasata mõttekäiku ka mikroobsed kütuseelemendid tekkib tunne, et tulevikus võivad mikroobid saada energia tootmisel olulisemaks kui seni arvatud on.

Neil, kes on MB-dest rohkem huvitatud, on võimalik soojemate ilmade saabudes võtta ette väike katse:

  • Otsige oma kodu lähedalt mõni tiik ja võtke sealt läbipaistva anumaga veidi muda ja vett. Oodake rahulikult kuni muda on jälle põhja settinud.
  • Võtke pulk ja kinnitake selle otsa magnet. Magnet tuleb pulgaga kinnitada nii, et magnet oleks natukene kõrgemale sellest piirist, kus puutuvad kokku muda ja vesi.
  • Nüüd peaksite te nägema, kuidas mikroobid hakkavad magneti poole ujuma. See on juba iseenesest huvitav vaatepilt.
  • Tekkinud bakterite kogumi on võimalik magnetilt eraldada näiteks Pasteuri pipeti abil. Kui teil on ligipääs mikroskoobile saate nüüd MB-sid selle abil jälgida. Samal ajal on võimalik magnetiga slaidi kõrval mängida ja nende suunda muuta.

Kui teil ei ole endal mikroskoopi ja soovite seda katset siiski lõpuni teha, soovitan ühendust võtta mõne ülikooliga, kus tegeletakse loodusteadustega. Kui kirjutate neile ja seletate ära, mida te tahate teha ja miks, on nad tihtilugu nõus aitama.

Allikad:

Hunter P., 2010. Can bacteria save the planet? EMBO reports 11, 266 – 269

Komeili A., 2012. Molecular mechanisms of compartmentalization and biomineralization in magnetotactic bacteria.  FEMS Microbiol Rev 36 232–25

Magnetotactic bacteria (Wikipedia)

Oidermaa J.-J., 2011. ‘Magnetbaktereid’ magnetite poolitamine ei heiduta

TWiM 25: Magnetotactic bacteria and totally drug resistant TB