nedasoltani
21st January 2014, 08:42 AM
قطب نماهایی درون باکتری
http://neofronteras.com/wp-content/photos/bacteria_magnetica.gif
این تنها پرندگان مهاجر نیستند كه خود را در جهت میدان مغناطیسی زمین قرار می‌دهند؛ اخیرا معلوم شده است باكتری‌ها كه ارگانیسم‌های ساده‌ای به نظر می‌رسند نیز در جست‌وجوی خود برای یافتن شرایط بهینه زیستی از این خاصیت بهره می‌برند.این موجودات ذره‌بینی مغناطیسی از یك قطب‌نمای ریز سلولی متشكل از زنجیره‌ای از تك نانوآهنرباها به نام « مگنتوزوم » استفاده می‌كنند و همانند عقربه قطب‌نما در جهت میدان مغناطیسی قرار می‌گیرد.این كه چگونه سلول‌ها می‌توانند مگنتوزوم‌ها را علی‌رغم تمایلی كه به دلیل جاذبه مغناطیسی بین آنها برای به هم‌چسبیدن وجود دارد به صورت زنجیره‌ای پایدار و ثابت در‌آورند تاكنون شناخته نشده بود، اما اخیراً با استفاده از فرایندهای ژنتیك مولكولی و روش‌های تصویربرداری مدرن، محققان موسسه ماكس‌پلانك برمن كه در زمینه میكروبیولوژی دریایی فعالیت دارد و موسسه ماكس‌پلانك مارتین شراید آلمان كه در زمینه بیوشیمی فعالیت دارد با همكاری یكدیگر نوعی پروتیین را یافته‌اند كه ایجاد این زنجیره از مگنتوزوم‌ها را موجب می‌شود.دانشمندان نشان داده‌اند كه این پروتیین باعث می‌شود تا مگنتوزوم‌ها در راستای ساختار سیتواسكلتی كه قبلاً ناشناخته بود قرار گیرند. محققان با این ساختارها تنها در خانواده‌هایی از موجودات زنده با ارگانیسم‌های بالاتر مشاهده كردند.
این باكتری‌ها درون سلول‌های خود مگنتوزوم‌هایی كه به صورت زنجیره دنبال هم درمی‌آیند تشكیل می‌دهند و باكتری از آنها برای تشخیص جهت بالا از پائین در میدان مغناطیسی زمین و نیز حركت در لایه‌های آب برای یافتن بهترین شرایط رشد استفاده می‌كنند.این مگنتوزوم‌ها از بلورهای ریزی از جنس آهن مغناطیسی معدنی (۳O۴Fe) به ابعاد تنها ۵۰ نانومتر ساخته شده‌اند.برای ساخت مگنتوزوم‌ها، سلول نه تنها باید مقدار زیادی آهن از محیط پیرامون خود گرفته و اكسیدآهن خاص تولید كند، بلكه این بلورها باید دارای اعداد و اشكال و اندازه‌های بلوری كاملا تعریف شده باشند تا بتوانند حسگرهای كارآمدی برای میدان مغناطیسی باشند.برای كاركرد بهینه آنها، این بلورهای مگنتوزوم باید به صورت زنجیره‌ای دنبال هم در داخل سلول قرار گیرند تا گشتاور مغناطیسی آنها با هم جمع شود. تنها این ساختار زنجیره‌یی شكل است كه به مگنتوزوم‌ها این امكان را می‌دهد كه همانند عقربه قطب‌نما عمل كرده و باكتری را در راستای میدان مغناطیسی نسبتا ضعیف زمین قرار می‌دهد.گروه تحقیقاتی دكتر « دریك شولر» در موسسه ماكس بلانك، چگونگی تشكل مگنتوزوم‌ها را در باكتری‌های مگنتوتاكتیك Magnetospirillum gryphiswaldense مورد بررسی قرار دادند.اخیراً این دانشمندان توانسته‌اند بخشی از DNA را كه به نظر می‌رسد حامل كل اطلاعات ژنتیكی لازم برای تشكیل و ساماندهی ذرات مگنتوزوم باشد شناسایی كنند. در این بخش از DNA به نام جزیره « مگنتوزوم »، حداقل ۲۵ تا ۳۰ ژن مگنتوزومی مختلف وجود دارد ولی نقش آنها به طور كامل معلوم نیست.دانشمندان با بررسی جزایر مگنتوزومی و عملكرد آنها به ژنی برخوردند كه یكی از تولیدات آن ( در بین دیگر پروتئین‌های مگنتوزومی )جزئی از غشایی بود كه هر بلور مغناطیسی را احاطه می‌كرد.از ستاد ویژه توسعه فن‌آوری نانو، این پروتئین كه MamJ نامیده می‌شود، نسبت‌هایی غیرعادی از اسیدهای آمینه پشت سر هم قرار گرفته‌اند. این پروتیین شباهت دوری هم با پروتئین‌های كنترل كنندهٔ فرایند بلورسازی دیگر زیست‌معدنی‌ها نظیر استخوان، دندان و پوسته ماهیچه‌ها دارد، بنابر این دانشمندان در ابتدا تصور كردند كه MamJ باید مسئول ایجاد بلورهای مغناطیسی باشند.اگر چه كشت و دستكاری این باكتری در محیط آزمایشگاهی دشوار است اما آندره شفلد به این كار موفق شد و توانست ژن مربوطه را از ژنوم آن جدا كند و به این روش نوعی باكتری mutant تولید كند كه فاقد پروتئین MamJ بود.این باكتری به طرزی حیرت‌آور باز هم به ایجاد بلورهای مگنتوزوم كه از لحاظ شكل اندازه و تعداد شبیه نوع قبلی آن بود پرداخت؛ البته این بار حساسیت عملكرد حسگر میدان مغناطیسی آن تخریب شده بود و این سلول تنها می‌توانست به طرز ضعیفی خود را در جهت میدان مغناطیسی قرار دهد.بررسی‌هایی كه با میكروسكوپ الكترونی به عمل آمد نشان داد كه بلورهای مگنتوزوم mutant نمی‌توانستند زنجیره خطی كاملی را همانند انواع قبلی تشكیل دهند، اما در عوض به صورت خوشه‌هایی نامنظم به هم می‌چسبند.دانشمندان پروتئین MamJ را با پروتین فلورسانس GFP ( پروتئین فلورسانس سبز ) علامت‌گذاری كردند و توانستند پروتئین پخش‌شده در سلول باكتری‌های زنده را ردیابی كنند. آنها مشاهده كردند كه این پروتئین همراه زنجیره مگنتوزوم بوده و خود را در راستای ساختار رشته‌یی از داخل سلول عبور می‌دهد. درجستجوی این ساختار محققان از روش میكروسكوپ الكترونی جدیدی كه در گروه زیستی ساختار مولكولی موسسه بیوشیمی ماكس پلانك ساخته شده بود بهره بردند.به كمك پرتونگاری Cyroelectron دانشمندان توانستند به تحلیل دقیق ساپرتونگاری croelectron ختار سلول‌های دست نخورده منجمد در دمای ۱۹۶ـ درجه سانتی‌گراد بپردازند و آن را به طور سه بعدی با قدرت تفكیك تنها چند نانومتر نشان دهند. این محققان توانستند نه تنها مشاهده بلورهای مغناطیسی را امكان‌پذیر سازند، بلكه مشاهده غشاء پیرامون آن را با وضوحی كه قبلاً امكان‌پذیر نبود ممكن می‌سازند.با این كار معمای زنجیره مگنتوزوم‌ها حل شد. اگر چه در نوع اولیه این مگنتوزوم‌ها همانند دانه‌های تسبیح در راستای این رشته قرار گرفته بودند اما در سلول‌های فاقد MamJ، این كسیه‌های كوچك مگنتوزومی خالی خود را در اطراف پراكنده كرده بودند. همچنین به این ترتیب معلوم می‌شود كه چرا به محض این كه مگنتوزوم‌ها به اندازه معینی می‌رسند، بلورهای مغناطیسی باكتری mutant به هم می‌چسبد.تصور دانشمندان این است كه پروتیین MamJ از یك سو روی سطح مگنتوزوم توسعه یافته و از سوی دیگر روی رشته‌ای كه به تازگی كشف شده رشد می‌كنند؛ بنابر این، می‌تواند حلقه بسته‌ای را بین كیسه مگنتوزوم و ساختار سلول ایجاد كند و این دلیل دیگری برای عملكرد متمایز ساختارهای سیتواسكلتی باكتری است. این واقعیت كه ساختار زنجیره‌ای باكتری‌های نانومغناطیسی دقیقاً با ژنتیك تنظیم می‌شوند نیز اثراتی بر درك ما از چگونگی قرارگرفتن ارگانیسم‌های بالاتر در راستای میدان مغناطیسی می‌دهد. ما سال‌ها است كه می‌دانیم برخی حیوانات، نظیر ماهی قزل‌آلا یا كبوتر خانگی در برخی بافت‌های به خصوص خود دارای زنجیره بلوری مغناطیسی‌اند. این زنجیره‌ها به نحو حیرت‌آوری شبیه زنجیره‌هایی است كه در باكتری‌ها وجود داشته و احتمالاً از طریق مكانیسم مشابهی توسعه می‌یابد.
منبع : خبرگزاری ایسنا
http://neofronteras.com/wp-content/photos/bacteria_magnetica.gif
این تنها پرندگان مهاجر نیستند كه خود را در جهت میدان مغناطیسی زمین قرار می‌دهند؛ اخیرا معلوم شده است باكتری‌ها كه ارگانیسم‌های ساده‌ای به نظر می‌رسند نیز در جست‌وجوی خود برای یافتن شرایط بهینه زیستی از این خاصیت بهره می‌برند.این موجودات ذره‌بینی مغناطیسی از یك قطب‌نمای ریز سلولی متشكل از زنجیره‌ای از تك نانوآهنرباها به نام « مگنتوزوم » استفاده می‌كنند و همانند عقربه قطب‌نما در جهت میدان مغناطیسی قرار می‌گیرد.این كه چگونه سلول‌ها می‌توانند مگنتوزوم‌ها را علی‌رغم تمایلی كه به دلیل جاذبه مغناطیسی بین آنها برای به هم‌چسبیدن وجود دارد به صورت زنجیره‌ای پایدار و ثابت در‌آورند تاكنون شناخته نشده بود، اما اخیراً با استفاده از فرایندهای ژنتیك مولكولی و روش‌های تصویربرداری مدرن، محققان موسسه ماكس‌پلانك برمن كه در زمینه میكروبیولوژی دریایی فعالیت دارد و موسسه ماكس‌پلانك مارتین شراید آلمان كه در زمینه بیوشیمی فعالیت دارد با همكاری یكدیگر نوعی پروتیین را یافته‌اند كه ایجاد این زنجیره از مگنتوزوم‌ها را موجب می‌شود.دانشمندان نشان داده‌اند كه این پروتیین باعث می‌شود تا مگنتوزوم‌ها در راستای ساختار سیتواسكلتی كه قبلاً ناشناخته بود قرار گیرند. محققان با این ساختارها تنها در خانواده‌هایی از موجودات زنده با ارگانیسم‌های بالاتر مشاهده كردند.
این باكتری‌ها درون سلول‌های خود مگنتوزوم‌هایی كه به صورت زنجیره دنبال هم درمی‌آیند تشكیل می‌دهند و باكتری از آنها برای تشخیص جهت بالا از پائین در میدان مغناطیسی زمین و نیز حركت در لایه‌های آب برای یافتن بهترین شرایط رشد استفاده می‌كنند.این مگنتوزوم‌ها از بلورهای ریزی از جنس آهن مغناطیسی معدنی (۳O۴Fe) به ابعاد تنها ۵۰ نانومتر ساخته شده‌اند.برای ساخت مگنتوزوم‌ها، سلول نه تنها باید مقدار زیادی آهن از محیط پیرامون خود گرفته و اكسیدآهن خاص تولید كند، بلكه این بلورها باید دارای اعداد و اشكال و اندازه‌های بلوری كاملا تعریف شده باشند تا بتوانند حسگرهای كارآمدی برای میدان مغناطیسی باشند.برای كاركرد بهینه آنها، این بلورهای مگنتوزوم باید به صورت زنجیره‌ای دنبال هم در داخل سلول قرار گیرند تا گشتاور مغناطیسی آنها با هم جمع شود. تنها این ساختار زنجیره‌یی شكل است كه به مگنتوزوم‌ها این امكان را می‌دهد كه همانند عقربه قطب‌نما عمل كرده و باكتری را در راستای میدان مغناطیسی نسبتا ضعیف زمین قرار می‌دهد.گروه تحقیقاتی دكتر « دریك شولر» در موسسه ماكس بلانك، چگونگی تشكل مگنتوزوم‌ها را در باكتری‌های مگنتوتاكتیك Magnetospirillum gryphiswaldense مورد بررسی قرار دادند.اخیراً این دانشمندان توانسته‌اند بخشی از DNA را كه به نظر می‌رسد حامل كل اطلاعات ژنتیكی لازم برای تشكیل و ساماندهی ذرات مگنتوزوم باشد شناسایی كنند. در این بخش از DNA به نام جزیره « مگنتوزوم »، حداقل ۲۵ تا ۳۰ ژن مگنتوزومی مختلف وجود دارد ولی نقش آنها به طور كامل معلوم نیست.دانشمندان با بررسی جزایر مگنتوزومی و عملكرد آنها به ژنی برخوردند كه یكی از تولیدات آن ( در بین دیگر پروتئین‌های مگنتوزومی )جزئی از غشایی بود كه هر بلور مغناطیسی را احاطه می‌كرد.از ستاد ویژه توسعه فن‌آوری نانو، این پروتئین كه MamJ نامیده می‌شود، نسبت‌هایی غیرعادی از اسیدهای آمینه پشت سر هم قرار گرفته‌اند. این پروتیین شباهت دوری هم با پروتئین‌های كنترل كنندهٔ فرایند بلورسازی دیگر زیست‌معدنی‌ها نظیر استخوان، دندان و پوسته ماهیچه‌ها دارد، بنابر این دانشمندان در ابتدا تصور كردند كه MamJ باید مسئول ایجاد بلورهای مغناطیسی باشند.اگر چه كشت و دستكاری این باكتری در محیط آزمایشگاهی دشوار است اما آندره شفلد به این كار موفق شد و توانست ژن مربوطه را از ژنوم آن جدا كند و به این روش نوعی باكتری mutant تولید كند كه فاقد پروتئین MamJ بود.این باكتری به طرزی حیرت‌آور باز هم به ایجاد بلورهای مگنتوزوم كه از لحاظ شكل اندازه و تعداد شبیه نوع قبلی آن بود پرداخت؛ البته این بار حساسیت عملكرد حسگر میدان مغناطیسی آن تخریب شده بود و این سلول تنها می‌توانست به طرز ضعیفی خود را در جهت میدان مغناطیسی قرار دهد.بررسی‌هایی كه با میكروسكوپ الكترونی به عمل آمد نشان داد كه بلورهای مگنتوزوم mutant نمی‌توانستند زنجیره خطی كاملی را همانند انواع قبلی تشكیل دهند، اما در عوض به صورت خوشه‌هایی نامنظم به هم می‌چسبند.دانشمندان پروتئین MamJ را با پروتین فلورسانس GFP ( پروتئین فلورسانس سبز ) علامت‌گذاری كردند و توانستند پروتئین پخش‌شده در سلول باكتری‌های زنده را ردیابی كنند. آنها مشاهده كردند كه این پروتئین همراه زنجیره مگنتوزوم بوده و خود را در راستای ساختار رشته‌یی از داخل سلول عبور می‌دهد. درجستجوی این ساختار محققان از روش میكروسكوپ الكترونی جدیدی كه در گروه زیستی ساختار مولكولی موسسه بیوشیمی ماكس پلانك ساخته شده بود بهره بردند.به كمك پرتونگاری Cyroelectron دانشمندان توانستند به تحلیل دقیق ساپرتونگاری croelectron ختار سلول‌های دست نخورده منجمد در دمای ۱۹۶ـ درجه سانتی‌گراد بپردازند و آن را به طور سه بعدی با قدرت تفكیك تنها چند نانومتر نشان دهند. این محققان توانستند نه تنها مشاهده بلورهای مغناطیسی را امكان‌پذیر سازند، بلكه مشاهده غشاء پیرامون آن را با وضوحی كه قبلاً امكان‌پذیر نبود ممكن می‌سازند.با این كار معمای زنجیره مگنتوزوم‌ها حل شد. اگر چه در نوع اولیه این مگنتوزوم‌ها همانند دانه‌های تسبیح در راستای این رشته قرار گرفته بودند اما در سلول‌های فاقد MamJ، این كسیه‌های كوچك مگنتوزومی خالی خود را در اطراف پراكنده كرده بودند. همچنین به این ترتیب معلوم می‌شود كه چرا به محض این كه مگنتوزوم‌ها به اندازه معینی می‌رسند، بلورهای مغناطیسی باكتری mutant به هم می‌چسبد.تصور دانشمندان این است كه پروتیین MamJ از یك سو روی سطح مگنتوزوم توسعه یافته و از سوی دیگر روی رشته‌ای كه به تازگی كشف شده رشد می‌كنند؛ بنابر این، می‌تواند حلقه بسته‌ای را بین كیسه مگنتوزوم و ساختار سلول ایجاد كند و این دلیل دیگری برای عملكرد متمایز ساختارهای سیتواسكلتی باكتری است. این واقعیت كه ساختار زنجیره‌ای باكتری‌های نانومغناطیسی دقیقاً با ژنتیك تنظیم می‌شوند نیز اثراتی بر درك ما از چگونگی قرارگرفتن ارگانیسم‌های بالاتر در راستای میدان مغناطیسی می‌دهد. ما سال‌ها است كه می‌دانیم برخی حیوانات، نظیر ماهی قزل‌آلا یا كبوتر خانگی در برخی بافت‌های به خصوص خود دارای زنجیره بلوری مغناطیسی‌اند. این زنجیره‌ها به نحو حیرت‌آوری شبیه زنجیره‌هایی است كه در باكتری‌ها وجود داشته و احتمالاً از طریق مكانیسم مشابهی توسعه می‌یابد.
منبع : خبرگزاری ایسنا