المغناطيسومات: البوصلة البيولوجية في البكتيريا المغناطيسية

المغناطيسومات (Magnetosomes) هي تراكيب غشائية متخصصة توجد في البكتيريا المغناطيسية (MTB)، وهي عبارة عن جسيمات مغناطيسية غنية بالحديد محاطة بغشاء من الطبقة الدهنية المزدوجة. تعمل هذه التراكيب كبوصلة طبيعية تسمح للبكتيريا بتوجيه نفسها وفقاً للمجالات المغناطيسية الأرضية، مما يسهل عليها العثور على البيئات الدقيقة المفضلة لها، خاصة تلك التي تتميز بنقص الأكسجين (microaerophilic environments).

وظيفة المغناطيسومات

تنتظم المغناطيسومات في معظم البكتيريا المغناطيسية على شكل سلاسل مرتبة بدقة. هذه السلسلة تجعل الخلية تتصرف كإبرة بوصلة مجهرية متحركة، حيث تصطف الخلية وتسبح موازية لخطوط المجال المغناطيسي.

يكون عزم الدوران المغناطيسي للخلية كبيراً بما يكفي للتغلب على القوى الحرارية التي قد تسبب عشوائية في اتجاه الخلية في بيئتها المائية. بالإضافة إلى ذلك، تستخدم هذه البكتيريا ما يسمى بـ التوجه الهوائي (Aerotaxis)، وهو استجابة للتغيرات في تركيز الأكسجين للسباحة نحو المنطقة ذات التركيز الأمثل. عندما يكون للمجال المغناطيسي للأرض ميل هابط ملحوظ، فإن التوجيه على طول خطوط المجال يساعد في البحث عن التركيز الأمثل للأكسجين، وهي عملية تُعرف باسم التوجه المغناطيسي الهوائي (Magneto-aerotaxis).

خلايا شبيهة بالمغناطيسومات في الثدييات

أشارت الأبحاث إلى وجود خلايا تحتوي على جسيمات شبيهة بالمغناطيسومات في أنسجة الدماغ البشري. وعلى الرغم من أن التخليق الحيوي لجسيمات المغناطيسيت في الفقاريات قد يكون مشابهاً لما يحدث في الخلايا البكتيرية، إلا أن هناك فروقاً جوهرية:

• العدد: قد تمتلك البكتيريا حوالي 20 جسيماً مرتبة خطياً، بينما قد يحتوي الدماغ البشري على ما بين 1000 إلى 10,000 جسيم مرتبة في مجموعات.
• التوزيع: تظهر هذه الجسيمات في خلية واحدة من بين كل 5000 خلية في البشر.
• الوظيفة: بينما تستخدمها البكتيريا للملاحة، تظل وظيفة هذه الجسيمات في البشر غير معروفة ولا يبدو أنها تتعلق بالكشف عن المجال المغناطيسي للأرض.

تكوين المغناطيسومات وعملية التمعدن الحيوي

تستخدم البكتيريا المغناطيسية عملية تُعرف باسم التمعدن الحيوي (Biomineralization) للتحكم الدقيق في تكوين البلورات المعدنية. تتيح هذه العملية للبكتيريا التحكم في شكل وحجم ومحاذاة كل بلورة مغناطيسيت بشكل فردي.

تتكون هذه البلورات عادة من أحد المعدنين التاليين:

1. المغناطيسيت (Magnetite - Fe3O4): وهو أكسيد الحديد المغناطيسي.
2. الجريجيت (Greigite - Fe3S4): وهو كبريتيد الحديد المغناطيسي.

تم تحديد معادن أخرى من كبريتيد الحديد مثل الماكيناويت (Mackinawite) كسلائف لـ Fe3S4. وقد وُجد أن بعض أنواع البكتيريا الموجودة في مناطق الانتقال بين المناطق المؤكسجة وغير المؤكسجة (OATZ) قادرة على إنتاج كلا النوعين من المغناطيسومات (أكسيد الحديد وكبريتيد الحديد).

البروتينات المسؤولة عن التكوين

تم اكتشاف حوالي عشرين بروتيناً في البكتيريا المغناطيسية مخصصة لإنشاء المغناطيسومات. هذه البروتينات مسؤولة عن:

• التحكم في تكوين الحويصلات.
• نقل أيونات الحديد إلى داخل المغناطيسوم.
• بلورة المغناطيسيت وتنظيم ترتيب السلسلة داخل الخلية.

يعد ترتيب المغناطيسيت في سلاسل أمراً حاسماً، لأن البلورات الفردية تكون ضعيفة مغناطيسياً، ولكن عند ربطها في سلسلة مرتبة، تزداد قوتها المغناطيسية بشكل كبير. كما توجد بروتينات حمضية تربط الحويصلة بالهيكل الخلوي للخلية للحفاظ على شكل السلسلة واستقرارها.