Hidrológiai Közlöny 2007 (87. évfolyam)
6. szám - XLVIII. Hidrobiológus Napok: Európai elvárások és a hazai hidrobiológia Tihany, 2006. október 4–6.
90 HIDROLÓGIAI KÖZLÖNY 2007. 87. ÉVF. 6. SZ. Magnetotaktikus baktériumok a Balaton üledékében Kósa Ilona, Pósfai Mihály Pannon Egyetem, Föld- és Környezettudományi Intézeti Tanszék, 8201 Veszprém, Pf. 158. Kivonat: Munkánk célja a Balaton üledékében élő magnetotaktikus baktériumok vizsgálata volt. A magnetotaktikus baktérium nem taxonómiai kifejezés, olyan különböző baktériumok összességét jelenti, melyek mágneses taxissal rendelkeznek (a környezet mágneses terének irányához igazodó mozgást végeznek). Azonosítottuk a különböző sejtmorfológiai típusokat és nyomon követtük évszakos változásaikat. Transzmissziós elektronmikroszkóppal egész sejteket tanulmányoztunk, hogy megállapítsuk, a balatoni mintákban lévő baktériumok milyen vas-ásványt választanak ki, és melyek ezen ásványok fizikai, kémiai tulajdonságai. A magnetiten kívül a sejtek tartalmaznak amorf, P-, Ca- és S-tartalmú zárványokat is. Ezek kémiai összetételét energiadiszperzív röntgen-spektrometriával vizsgáltuk. Kulcsszavak: magnetotaktikus baktériumok, magnetit, Balaton Bevezetés és célkitűzések A biogén ásványképződés egyik érdekes és anyagtudományi alkalmazásokkal biztató példáját a mágneses taxissal rendelkező (a környezet mágneses terének irányához igazodó mozgást végző) baktériumok szolgáltatják. Ezek a baktériumok a sejten belül mágneses ásványokat, vas-oxidot (Fe 30 4, magnetit) illetve vas-szulfidot (Fe 3S 4, greigit) képeznek (Bazylinski és Frankel, 2004). Az egyes kristályok néhányszor tíz nm átmérőjűek, ami azt jelenti, hogy mindegyikük egy-egy külön mágneses dómén, azaz permanens mágnes. A szervetlen kristályt egy foszfolipid kettős-rétegből álló biológiai membrán határolja (Grünberg és tsai, 2004). A kristály és a membrán együttesét magnetoszómának nevezzük. A nano-mágnesek a baktériumban általában láncot alkotnak; a kristályok a láncban olyan kristálytani orientációban helyezkednek el, hogy a lehető legnagyobb mágneses dipólus-momentummal rendelkezzék a sejt (Bazylinski és Frankel, 2004). A magnetotaktikus baktériumokat csak 1975-ben fedezték fel (Blakemore, 1975), és magyarországi vizekből 2000 óta ismertek (Pósfai és Arató, 2000). A baktériumok relatív mennyiségét a Balaton üledékében eddig senki nem vizsgálta. A munkánk egyik célja volt, hogy felderítsük, milyen sejtmorfológiai típusok fordulnak elő a Balatonban, és évszakosán hogyan változik ezek mennyisége. Vizsgáltuk továbbá a balatoni sejtekben képződött, nanométeres mágneses vas-oxid ásványok kristályszerkezeti, -kémiai jellegzetességeit. A magnetoszómákon kívül a balatoni magnetotaktikus baktériumok más zárványokat is tartalmaznak, ezek fizikai és kémia tulajdonságait szintén tanulmányoztuk. Anyag és módszer A magnetitet tartalmazó magnetotaktikus baktériumok az oxikus-anoxikus átmeneti zónában fordulnak elő legnagyobb számban (Bazylinski és Frankel, 2004). A legtöbb sekély édesvízi élőhelyen ez a víz/üledék határfelülettel esik egybe (Baeuerlein, 2000). így környezeti mintáinkat a parttól 1 m-en belüli távolságban, kb. 30 cm mély víz alatti üledék felső néhány cm-es rétegéből gyűjtöttük 2004 tavaszától 2005 őszéig a következő helyszínekről: Sajkod, TihanySomosi-strand, Gödrös. Az 1/3 részig iszappal, e fölött vízzel megtöltött 5 dl-es edényeket légmentesen lezártuk, majd a mintákat a gyűjtést követő 1-2 napban Leitz Laborlux típusú fénymikroszkóppal megvizsgáltuk. Ezt követően mintáinkat laboratóriumban szobahőmérsékleten, fénytől elzárva, külön-külön tároltuk egy évig. A mintákhoz tápanyag utánpótlást és egyéb anyagot nem adtunk. A tárolt mintákat havi rendszerességgel vizsgáltuk fél éven keresztül. A baktériumok mágneses tulajdonságát kihasználva a fénymikroszkópos vizsgálatokhoz a sejteket rúdmágnes segítségével gyűjtöttük össze (Pósfai és Arató, 2000). A sejtek a mágnes hatására egy speciálisan kialakított minta-előkészítő edény kapilláris nyílásába úsztak, ahonnan pipettával egy magnetotaktikus baktériumokban dús cseppet vettünk. Ezt a cseppet fedőlemezre helyeztük, majd a mikroszkóp alatt függő helyzetben vizsgáltuk. A vizsgálat során a cseppben kezdetben még nyüzsgő sejtek a számukra kedvezőtlen oxigén koncentráció miatt, néhány perc elteltével már nem mutattak mozgási aktivitást. A transzmissziós elekronmikroszkóppal (TEM) végzett vizsgálatokhoz olyan mintákat válogattunk, amelyeket a fénymikroszkópos vizsgálatok alapján tipikusnak ítéltünk 1) sejtgazdagság, 2) helyszín, 3) sejtmorfológiai típusok szempontjából. A TEM megfigyelésekhez a magnetotaktikus baktériumokban dús mintacseppet Formvar hártyával és amorf szénnel bevont réz mikrostélyra cseppentettük, majd a víz elpárolgása után további mintapreparálás nélkül a mintákat az elektronmikroszkópba helyeztük. Mivel a baktériumokat nem fixáltuk, térfogatuk jelentős hányadát elvesztették a száradás során, illetve a TEM vákuumában. Ezzel a mintapreparálási módszerrel elsősorban a baktérium morfológiáját, a magnetoszóma láncok szerkezetét, az adott láncon belül található kristályok méretét és a kristályok habitusát jellemeztük. A TEM alapvető képalkotási funkcióján kívül az elektronsugár és a vizsgált minta kölcsönhatásán alapuló analitikai technikát is alkalmaztunk. A baktérium sejt, a sejten belül található zárványok kémiai összetételét energiadiszperzív röntgen-spektrometriával (EDS) vizsgáltuk. A zárványokról kvalitatív elemzések készültek. Eredmények és értékelés Mindegyik élőhelyen gyűjtött mintában előfordultak vasoxidot tartalmazó, különféle morfológiai típusú magnetotaktikus baktériumok. A balatoni üledékben háromféle, kokkusz, spirillum és pálca alakú sejteket figyeltünk meg a fénymikroszkóppal végzett előzetes mintavizsgálatok során. A megfigyeléseket az 1. táblázat tartalmazza, ahol vízszintesen a mintagyüjtés helyszíneit, függőlegesen pedig a megfigyelések időpontját ábrázoltuk, így az oszlopokban az egyes mintákban a tárolás során bekövetkező változásokat figyelhetjük meg. Fentről jobbra átlósan lefelé pedig, a friss mintákra vonatkozó megfigyeléseket nyomon követve, a Balatonban bekövetkező változásokról kapunk információt. Általában jellemző, hogy a tavasszal, nyáron és kora ősszel gyűjtött mintákban kokkusz baktériumok domináltak. A spirillum sejtek ritkább megjelenését késő ősszel figyeltük meg. Érdekes, hogy a korábban vett, tárolt mintákban is elszaporodtak spirillum morfológiájú baktériumok, noha ezekben korábban kokkusz baktériumok voltak többségben. Tehát a frissen gyűjtött és a tárolt mintákban az adott időpontban ugyanazok a morfológiai típusok voltak jelen, de a 'mikrokörnyezetben', legalább néhány hétig tárolt mintákban nagyobb mennyiségben találtunk mágneses sejteket. A Balaton különböző pontjain gyűjtött minták között nem volt különbség a tekintetben, hogy ugyanazokat a morfológiai és magnetoszóma típusokat megtaláltuk az eltérő helyről származó mintákban.
