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Max-Planck-Forscher haben aufgedeckt, wie sich Bakterien in ihrem Inneren einen Minikompass bauen und damit im Erdmagnetfeld orientieren können
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Magnetbakterien im Vergleich: Genetisch unveränderte Zellen ("Wildtyp") von Magnetospirillum gryphiswaldense enthalten bis zu hundert Magnetitkristalle, also nanoskopisch kleine Dauermagnete, die in der Zelle in einer nahezu perfekten Kette angeordnet sind (links). Diese Magnetosomenkette richtet das Bakterium ähnlich wie eine Kompassnadel im Erdmagnetfeld aus. Hingegen fehlt der Mutante (rechts), in der ein bestimmtes Gen entfernt wurde, das Protein MamJ. Dadurch verklumpen die Magnetosomen zu unregelmäßig angeordneten Haufen. Da sich die magnetischen Momente der einzelnen Magnetitkristalle in dieser Anordnung zum Teil gegenseitig aufheben, können sich die MamJ-freien Bakterien nur noch schwach im Magnetfeld ausrichten.
Bild: Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie
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An den magnetischen Feldlinien der Erde orientieren sich nicht nur Zugvögel. Auch vermeintlich "einfach" organisierte Bakterien haben im Lauf der Evolution die Fähigkeit entwickelt, das Magnetfeld für die Suche nach optimalen Lebensbedingungen zu nutzen. Solche "magnetotaktischen" Mikroorganismen verwenden einen zellulären Mini-Kompass, der aus einer Kette von einzelnen Nano-Magneten, den Magnetosomen, besteht und die gesamte Bakterienzelle wie eine Kompassnadel im magnetischen Feld ausrichtet. Bisher war es ein Rätsel, wie die Einzeller es schaffen, ihre Magnetosomen entgegen ihrer wechselseitigen magnetischen Anziehung in einer stabilen Kette anzuordnen. Mit modernen molekulargenetischen und bildgebenden Verfahren ist es jetzt Forschern des Bremer Max-Planck-Instituts für marine Mikrobiologie und des Max-Planck-Instituts für Biochemie in Martinsried gelungen, das für die Entstehung der Magnetosomenketten verantwortliche Protein zu identifizieren. Sie konnten zeigen, dass dieses Protein die Magnetosomen entlang einer bisher unbekannten Zellskelett-Struktur ausrichtet. Damit gelang erstmals der Nachweis, dass die Magnetosomenkette genetisch exakt reguliert wird. Zudem handelt es sich dabei um eine der komplexesten Strukturen, die bisher in bakteriellen Zellen gefunden wurden - vergleichbar jenen Zellorganellen, die man bisher nur von höheren Organismen kennt.
Magnetotaktische Bakterien sind im Schlamm von Gewässern weit verbreitet. In ihrem Zellinneren sind so genannte Magnetosomen kettenförmig angeordnet und erlauben dem Bakterium, anhand der irdischen Magnetfeldlinien "oben" von "unten" zu unterscheiden und zielsicher jene Wasserschichten anzusteuern, in denen es optimale Wachstumsbedingungen vorfindet. Die Magnetosomen bestehen aus winzigen, nur etwa 50 Nanometer (1 Nanometer = 1 Millionstel Millimeter) großen Kristallen des magnetischen Eisenminerals Magnetit (Fe3O4).
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