Bacterias magnetotácticas PDF

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Bacterias magnetotácticas La mayoría son proteobacterias, Gram-. Acuáticas, microaerófilas, movilidad con flagelos… Se descubrieron en el 96, por un investigador que trabajaba con bacterias de la costa. En una muestra al microscopio vio que todas las bacterias se habían colocado en un sitio determinado, y que si giraba el microscopio todas iban en la misma dirección. Pensó que el movimiento se debía a algún factor que tenía una posición fija, como el campo magnético. Para comprobarlo cogió un imán y moviéndolo por la preparación las bacterias lo seguían. Las bacterias magnetotácticas tienen una morfología muy variada, hay cocos, bacilos, espirilos, vibrios… pero todas tienen dos características en común: -

Una estructura en su interior formada por una serie de cristales alineados siguiendo el eje de la bacteria, el magnetosoma. Es la que actúa respondiendo a los campos magnéticos, permitiendo la orientación. Son bacterias acuáticas que viven en la transición oxica-anóxica, son microaerófilas. Para sobrevivir tienen que encontrar esta zona de transición, lo que es posible gracias al magnetosoma.

La magnetotaxis es el movimiento determinado por el campo magnético. Una bacteria sin magnetosomas se puede desplazar en muchas direcciones, lo que dificulta encontrar la zona con la concentración de O2 adecuada. Las que tienen magnetosoma ven sus movimientos limitados, solo pueden avanzar en ambos sentidos de las líneas del campo magnético, siempre en la misma dirección. Esta limitación favorece que encuentren la línea de transición. En los materiales ferro magnéticos hay distintos dominios ordenados de distinta manera, por lo que no responderían a un campo magnético. La forma de conseguir que respondan al magnetismo es someterlos a un campo magnético muy fuerte para que todos los dominios se ordenen de la misma forma y respondan igual. El magnetosoma es el equivalente a una aguja de una brújula, pero las bacterias no han podido someter el material a un campo para que los dominios se ordenen, han tenido que desarrollar otro sistema para crear dominios ordenados. Además de la ordenación del material, otro problema que tuvieron que resolver es el del manejo del hierro, aprender a manejar su toxicidad.

El magnetosoma Un magnetosoma es un conjunto de cristales magnéticos, cada uno de los cuales está formado por un mineral magnético rodeado de una membrana. El mineral más típico es la magnetita, de óxido de Fe, aunque otros menos comunes pueden ser greigita o pirita. Los cristales se caracterizan por tener una pureza química muy grande para que puedan funcionar, perfección cristalográfica, y una morfología peculiar. Lo más importante es que tienen que tener un tamaño entre 40 y 120 nm: si son más pequeños no generarían el dipolo y si son mayores se generaría más de un dominio, que no estarían ordenados y no se podría responder al campo magnético. Cada cristal tiene un solo dominio.

Formación de los cristales El proceso de formación se denomina biomineralización, es una reducción asimilativa de Fe. Es asimilativa porque van a formar una partícula de Fe en su interior, no la dejan fuera. Todo está controlado por el microorganismo. En el proceso de formación comienza con la formación de vesículas, dentro de las cuales se formará el cristal. Estas vesículas son invaginaciones de la membrana. Es un proceso general, igual para todas las bacterias magnetotácticas. El segundo paso es la formación en el interior de la vesícula de ese mineral, es especifico de cada microorganismo, que formara un cristal distinto. La clave está en la membrana de las vesículas, es la que determina las características del cristal, su tamaño, forma… En la vesícula se crea un microambiente específico para que cristalice el mineral, generalmente magnetita. Para controlar el proceso, en la membrana de la vesícula hay una serie de proteínas que consiguen el microambiente óptimo para obtener cristales perfectos:

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Unas proteínas controlan la entrada del Fe, solo permiten la entrada de ese ion, y ningún otro, de ahí la pureza del cristal Otras proteínas controlan el pH y potencial REDOX del interior de la vesícula Las proteínas de nucelación actúan como cebadores a partir de las cuales se inicia la precipitación del cristal. Pueden estar implicadas en la forma final del cristal.

Proceso: 1. Captación del Fe de fuera: puede ser Fe3+, que con proteínas de la bacteria se reducen y pasan al interior como Fe2+. La vesícula siempre está pegada a la membrana, por lo que pasa rápidamente a su interior, no se queda en el citoplasma. 2. Entrada por las proteínas de entrada: no puede entrar ningún otro ion. 3. Formación de óxido de Fe: se acumula hasta alcanzar un estado saturado, colabora el pH y estado redox. 4. Precipitación: llegado un punto de saturación hidratado el óxido comienza a precipitar, facilitado por la proteína de nucelación. 5. Formación de cristal característico: determinado por la nucelación y también por la vesícula, que limita el tamaño. Se van formando unos cristales al lado de otros, hay una cadena de vesículas. Gracias a esto el momento magnético de un cristal influencia al otro, de forma que todos los cristales de la cadena tendrán el mismo momento. Esta es la forma que tienen la bacteria para conseguir el mismo sentido, sin necesidad de una fuerte imantación. Como resultado de repetir este proceso varias veces se obtiene una cadena, cuanto más larga mejor. Mientras los cristales se van formando, las vesículas tienen que mantenerse alineadas, tiene que haber un soporte que les impida desplazarse unos respecto de otros. Existe un filamento de proteína MamK que alinea las vesículas, y otras proteinas MamJ que unen cada vesícula al filamento. De esta forma se obtiene una estructura de cadena consistente. También es muy importante que las vesículas estén unidas a la membrana, para que la aguja pueda orientar a la bacteria entera.

Origen Los magnetosomas pueden haber aparecido probablemente como una forma de detoxificar el hierro, de aislarlo y que no afecte a la bacteria. Más adelante, a lo largo de la evolución se seleccionaron las bacterias con magnetosomas más aptos para la navegación, pero inicialmente esa no era su finalidad.

Investigación Se han estudiado mucho estas bacterias para tratar de averiguar si había vida o no en Marte. En 1996 la NASA anuncio que habían encontrado restos de vida fósil procedente de Marte, en restos de un meteorito encontrado en la Antártida en 1984. En él se encontraron unos cristales de magnetita idénticos a los que producen las bacterias magnetotácticas en la tierra, con una pureza extraordinaria, forma perfecta y tamaño adecuado. En la tierra no se han encontrado cristales de estas características que no sean producidos por bacterias, por eso se consideró una prueba de vida fósil. Pero la ausencia de pruebas no es realmente una prueba. Estas muestras provendrían de un impacto en Marte que desprendió fragmentos que llegaron hasta la Tierra, y algunos de ellos quedaron enterrados por la nieve en la Antártida.

Utilidad Los cristales de los magnetosomas se han utilizado mucho en la industria de la ferrita, para hacer cintas magnéticas, cintas grabadoras… Hoy en día se piensa en la posibilidad de unir los cristales a fármacos para guiarlos con imanes por el cuerpo hasta una diana y ahí liberarlos. Otra posibilidad sería la de dirigirlos a una zona de un tumor y ahí provocar un campo magnético que provoque un calentamiento que elimine las células malignas....