4.6D: Magnetosomas

Objetivos de aprendizaje

• Ilustrar la estructura de los magnetosomas y las ventajas que aportan a las bacterias magentotácticas

Los magnetosomas son orgánulos intracelulares que se encuentran en bacterias magnetotácticas que les permiten detectar y alinearse a lo largo de un campo magnético (magnetotaxis). Contienen de 15 a 20 cristales de magnetita que juntos actúan como una aguja de brújula para orientar las bacterias magnetotácticas en campos geomagnéticos, simplificando así su búsqueda de sus ambientes microaerofílicos preferidos. Cada cristal de magnetita dentro de un magnetosoma está rodeado por una bicapa lipídica. Las proteínas solubles y transmembrana específicas se clasifican a la membrana. Investigaciones recientes han demostrado que los magnetosomas son invaginaciones de la membrana interna y no vesículas independientes. También se han encontrado magnetosomas portadores de magnetita en algas magnetotácticas eucariotas, cada célula contiene varios miles de cristales.

Las bacterias magnetotácticas generalmente mineralizan bien magnetosomas de óxido de hierro, que contienen cristales de magnetita (Fe ₃ O ₄), o magnetosomas de sulfuro de hierro, que contienen cristales de greigita (Fe ₃ S ₄). Varios otros minerales de sulfuro de hierro también han sido identificados en magnetosomas de sulfuro de hierro —incluyendo mackinawite (FE tetragonal) y un FE cúbico— que se cree que son precursores de Fe3S4. Se sabe que un tipo de bacteria magnetotáctica presente en la zona de transición oxica-anóxica (OATZ) de la cuenca sur del estuario del río Pettaquamscutt, Narragansett, Rhode Island produce magnetosomas tanto de óxido de hierro como de sulfuro de hierro.

Figura: Magnetospirilos con cadenas de magnetosomas negros débilmente visibles: Existe una amplia gama de formas y grupos de bacterias magnéticas. Sin embargo, el cultivo de estos organismos en el laboratorio suele ser difícil. Solo unas pocas cepas de bacterias magnetotácticas han sido aisladas en cultivo puro, una pequeña minoría de la vasta diversidad de poblaciones naturales de hábitats naturales en gran parte inexplorados como el medio marino.

La morfología de las partículas de los cristales de magnetosoma varía, pero es consistente dentro de las células de una sola especie o cepa bacteriana magnetotáctica. Se han reportado tres morfologías cristalinas generales en bacterias magnetotácticas sobre la base: aproximadamente cuboidal, prismática alargada (aproximadamente rectangular) y en forma de diente, bala o punta de flecha. Los cristales de magnetosoma suelen tener una longitud de 35—120 nm, lo que los convierte en un solo dominio. Los cristales de dominio único tienen el máximo momento magnético posible por unidad de volumen para una composición dada. Los cristales más pequeños son superparamagnéticos, es decir, no permanentemente magnéticos a temperatura ambiente, y las paredes de dominio se formarían en cristales más grandes. En la mayoría de las bacterias magnetotácticas, los magnetosomas están dispuestos en una o más cadenas.

Las interacciones magnéticas entre los cristales de magnetosoma en una cadena hacen que sus momentos dipolares magnéticos se orienten paralelos entre sí a lo largo de la cadena. El momento dipolar magnético de la célula suele ser lo suficientemente grande como para que su interacción con el campo magnético de la Tierra supere las fuerzas térmicas que tienden a aleatorizar la orientación de la célula en su entorno acuoso. Las bacterias magnetotácticas también utilizan la aerotaxis, una respuesta a los cambios en la concentración de oxígeno que favorece la natación hacia una zona de concentración óptima de oxígeno. En lagos u océanos la concentración de oxígeno suele depender de la profundidad. Mientras el campo magnético de la Tierra tenga una inclinación descendente significativa, la orientación a lo largo de las líneas del campo ayuda a la búsqueda de la concentración óptima. Este proceso se llama magneto-aerotaxis.

Puntos Clave

• Los magnetosomas contienen de 15 a 20 cristales de magnetita que juntos actúan como una aguja de brújula para orientar las bacterias magnetotácticas en campos geomagnéticos, simplificando así su búsqueda de sus entornos microaerofílicos preferidos.
• La morfología de las partículas de los cristales de magnetosoma varía, pero es consistente dentro de las células de una sola especie o cepa bacteriana magnetotáctica.
• Cada cristal de magnetita dentro de un magnetosoma está rodeado por una bicapa lipídica. Las proteínas solubles y transmembrana específicas se clasifican a la membrana.

Términos Clave

• magnetotaxis: La supuesta capacidad de percibir un campo magnético y coordinar el movimiento en respuesta, posteriormente descubierta como magnetismo natural: tales criaturas se orientan magnéticamente incluso después de la muerte.
• magnetosoma: Organelo procariótico membranoso, que contiene cristales minerales, presente en bacterias magnetotácticas.