Biologia

Bactérias com bússola: como cadeias de cristais de magnetita orientam o nado das magnetotácticas

Publicado em 13/10/2026 · Última alteração em 13/10/2026

Assuntos: Micróbios

Bactérias magnetotácticas fabricam, dentro da célula, compartimentos de membrana chamados magnetossomos, cada um com um cristal de magnetita (Fe3O4) ou de greigita (Fe3S4). Os magnetossomos se enfileiram e formam um dipolo magnético que alinha a célula, de modo passivo, às linhas do campo terrestre; os flagelos fazem o movimento. Grupos da UFRJ estudam esses organismos em lagoas do Rio de Janeiro.

Magnetotácticas não são um grupo único: espalham-se por vários filos de bactérias e vivem em ambientes aquáticos com pouco oxigênio, sobretudo na faixa em que a água ou o sedimento passam do oxigenado ao sem oxigênio. A "agulha" é uma cadeia de magnetossomos. Cada magnetossomo é uma vesícula derivada da membrana da célula, onde um único cristal é sintetizado, com tamanho típico de 35 a 120 nm, o de um único domínio magnético: pequeno o bastante para ser um ímã permanente estável. Os genes ficam agrupados numa região do cromossomo, a "ilha de magnetossomos", e codificam proteínas chamadas Mam e Mms. A célula não detecta o campo magnético: o torque do dipolo a alinha, como a agulha de uma bússola, e é o nado, movido por flagelos, que a leva adiante.

Bússola que nada para o sul

Magnetotácticas do hemisfério norte nadam, em geral, no sentido do campo; as do hemisfério sul costumam nadar no sentido contrário. A primeira cultura pura de uma magnetotáctica do hemisfério sul veio da Lagoa de Itaipu, no Rio de Janeiro, em 2014.

Do ferro dissolvido ao cristal: uma sequência provável

Em Magnetospirillum, proteínas Mam e Mms deformam a membrana interna e formam uma vesícula; MamB e MamM importam ferro divalente para dentro dela; proteínas com domínio de heme (os magnetocromos) ajudam a manter a razão certa entre Fe2+ e Fe3+; e Mms6 e outras proteínas iniciam o cristal e controlam seu tamanho. As revisões descrevem as etapas como uma simplificação: provavelmente ocorrem ao mesmo tempo, e o modelo exato de nucleação segue em disputa.

Como sabemos: mutantes, ímãs e microscópio eletrônico

Os genes foram achados com mutantes que deixaram de responder a um ímã e, ao microscópio eletrônico, não tinham magnetossomos ou os tinham deformados. Depois, deleções de genes isolados e a transferência de operons para uma bactéria não magnética (Rhodospirillum rubrum) mostraram quais bastam. Os limites: a ilha de magnetossomos pode se perder espontaneamente, e genes duplicados mascaram o efeito de apagar apenas um deles.

Para que serve a bússola? Uma hipótese

A explicação mais citada é que a bússola poupa tempo: ao restringir o nado a uma linha, a bactéria acha mais depressa o ponto em que o oxigênio é pouco, mas ainda existe. Os autores escrevem que isso é pensado ('is thought to'), não demonstrado em todas as espécies. As magnetotácticas do sul tendem a nadar no sentido contrário ao das do norte, como esperado se a inclinação do campo as empurra para baixo nos dois hemisférios; mas há relatos dos dois tipos em ambos.

Pesquisa brasileira: lagoas do Rio de Janeiro

Na Lagoa de Araruama, um estudo publicado em 2007 com coautores do CBPF e da UFRJ mediu o momento magnético de organismos multicelulares com cerca de 17 células e achou alinhamento acima de 80%. Na Lagoa de Itaipu, uma equipe da UFRJ isolou em 2014 a Magnetofaba australis IT-1, a primeira cultura pura de uma magnetotáctica do hemisfério sul segundo os autores. Os dois trabalhos partem de amostras de sedimento e água dessas lagoas.

Como sabemos

O mecanismo geral é bem estabelecido em Magnetospirillum, mas a função ecológica do alinhamento, o modelo de nucleação dos cristais e a origem antiga do grupo são hipóteses ou estimativas; o texto vem de revisões e de dois artigos brasileiros.

• Consenso científico: Bactérias magnetotácticas formam magnetossomos, compartimentos delimitados por lipídios nos quais se formam cristais magnéticos de magnetita e/ou greigita; o grupo foi descrito na revista Science em 1975, por R. Blakemore. [1] Introduction [4] Introduction
  Contexto: Definição do grupo, valendo para as espécies conhecidas de magnetotácticas. A referência de 1975 aparece na revisão como a descoberta do grupo. · Limitações: A data de 1975 vem da lista de referências da revisão (que cita o artigo de Blakemore para a descoberta); não lemos o artigo de 1975. · Conferida em parte (texto integral), conferência automatizada
• Consenso científico: Os magnetossomos se alinham em uma ou várias cadeias ao longo da célula, o que cria um dipolo magnético capaz de alinhar passivamente a bactéria às linhas do campo magnético da Terra. [1] Introduction
  Contexto: Magnetotácticas em geral; o número de cadeias varia entre espécies. · Conferida na fonte (texto integral), conferência automatizada
• Consenso científico: Cada magnetossomo contém um único cristal, de forma típica da espécie, com tamanho em geral de cerca de 35 a 120 nm, compatível com um único domínio magnético. [2] Magnetite nucleation and crystal shape and size control
  Contexto: Principalmente Alphaproteobacteria cultivadas, como Magnetospirillum. · Limitações: A faixa de tamanho é a usual; há espécies com cristais fora dela. A revisão se concentra em Alphaproteobacteria. · Conferida na fonte (texto integral), conferência automatizada
• Consenso científico: Em Magnetospirillum, a formação do magnetossomo é descrita em quatro etapas: seleção de proteínas e invaginação da membrana, alinhamento em cadeia, transporte de íons com controle do ambiente interno e nucleação do ferro com controle de forma e tamanho do cristal. [2] Introduction
  Contexto: Magnetospirillum magneticum AMB-1 e M. gryphiswaldense MSR-1, as duas espécies de água doce mais estudadas. · Limitações: As etapas são uma simplificação didática dos autores: provavelmente ocorrem ao mesmo tempo, não em sequência. Em outros grupos de magnetotácticas, o conjunto de genes é diferente. · Conferida na fonte (texto integral), conferência automatizada
• Evidência forte: A cadeia é organizada por proteínas: MamK, semelhante à actina, forma o filamento ao longo da célula, e MamJ liga os magnetossomos a esse filamento. [1] Genetics in Magnetospirilla
  Contexto: Magnetospirillum magneticum AMB-1 e M. gryphiswaldense MSR-1. · Limitações: Em outros grupos de magnetotácticas, o arranjo da cadeia pode depender de outras proteínas. · Conferida na fonte (texto integral), conferência automatizada
• Evidência forte: MamB e MamM são transportadores que levam íons de ferro divalente do citoplasma para o interior do magnetossomo; proteínas com domínio de heme chamado magnetocromo provavelmente ajudam a manter a razão entre Fe2+ e Fe3+. [2] Ion transport and magnetosome inner environment control
  Contexto: Alphaproteobacteria cultivadas (Magnetospirillum). · Limitações: Outras proteínas também participam do transporte de ferro e do controle de pH e da razão Fe2+/Fe3+; o conjunto ainda não está plenamente definido. · Conferida na fonte (texto integral), conferência automatizada
• Evidência forte: A proteína Mms6, a mais abundante no magnetossomo, participa da nucleação da magnetita; a deleção de genes mms não muda o número de cristais, mas altera seu tamanho e sua morfologia. [2] Magnetite nucleation and crystal shape and size control
  Contexto: Magnetospirillum, em experimentos in vivo e in vitro. · Limitações: O modelo exato de nucleação (precipitação direta de Fe2+ e Fe3+ ou transformação de um precursor) ainda é discutido na revisão. · Conferida na fonte (texto integral), conferência automatizada
• Evidência forte: A expressão de um conjunto mínimo de operons de magnetossomo (mamAB, mms6, mamGFDC e mamXYZ) bastou para produzir magnetossomos em uma bactéria não magnética, Rhodospirillum rubrum. [1] Dissecting Magnetospirillum genomes
  Contexto: Condições de laboratório; mostra suficiência desse conjunto de genes nessa bactéria, não que seja o único caminho possível em todas as espécies. · Conferida na fonte (texto integral), conferência automatizada
• Fato estabelecido: Os genes de magnetossomo foram mapeados por triagem de mutantes que perderam a resposta ao ímã, confirmados ao microscópio eletrônico; porém a ilha de magnetossomos é instável e pode ser perdida espontaneamente, o que pode simular um efeito de gene. [1] Introduction
  Contexto: Estudos genéticos em Magnetospirillum desde os anos 1990 e 2000. · Limitações: A revisão também aponta genes duplicados (redundantes) e efeitos polares de inserções em operons como fatores que dificultam a interpretação. · Conferida na fonte (texto integral), conferência automatizada
• Hipótese: Pensa-se que o alinhamento magnético ajude a bactéria a achar a posição ideal na coluna de água, porque restringe o nado a uma dimensão em vez de uma busca em três; é uma hipótese. [1] Introduction
  Contexto: Magnetotácticas de ambientes aquáticos com gradiente de oxigênio. · Limitações: Descrita pelos autores como algo que se pensa ('is thought to'), não como fato demonstrado para todas as espécies. · Hipótese de função: a revisão a apresenta como o que se pensa, sem teste que a prove para todas as espécies. · Conferida na fonte (texto integral), conferência automatizada
• Consenso científico: Magnetotácticas do hemisfério sul nadam, em geral, no sentido oposto ao da componente vertical do campo geomagnético (em direção ao sul); as do norte nadam no mesmo sentido. Acredita-se que a inclinação das linhas de campo as leve para baixo, longe do oxigênio tóxico da superfície, mas há relatos dos dois tipos nos dois hemisférios. [4] Introduction
  Contexto: Descrição geral de magnetotácticas polares, feita na introdução de um artigo de 2014. · Limitações: Introdução do artigo, não resultado novo dele; a função da inclinação é descrita como crença ('is believed to'). · A função da inclinação é descrita como crença dos autores. · Conferida na fonte (texto integral), conferência automatizada
• Evidência forte: Em 2014, uma equipe da UFRJ e colaboradores relatou a primeira cultura pura de uma magnetotáctica do hemisfério sul, isolada na Lagoa de Itaipu (Rio de Janeiro): Magnetofaba australis IT-1, de cocos com uma cadeia de cerca de 10 magnetossomos de magnetita. [4] Afiliação dos autores
  Contexto: Cultura de 2014, a partir de água e sedimento da Lagoa de Itaipu, concentrados com um ímã. · Limitações: 'Primeira' vale como declaração dos autores em 2014 para uma cultura axênica de magnetotáctica do hemisfério sul; não verificamos se há registros posteriores. O gênero é proposto no artigo. · Conferida na fonte (texto integral), conferência automatizada
• Evidência forte: Em organismos multicelulares magnetotácticos da Lagoa de Araruama, medidas de momento magnético em células vivas mostraram que as cadeias de suas cerca de 17 células somam o efeito, com grau de otimização magnética consistentemente acima de 80%. [3] Introduction
  Contexto: Medidas em 148 organismos coletados no sedimento da Lagoa de Araruama (RJ), com co-autores no CBPF e na UFRJ. Estes organismos usam greigite, não magnetita. · Limitações: O estudo mede o alinhamento dos dipolos; a explicação proposta pelos autores (ciclo de vida multicelular, seleção darwiniana) é uma sugestão ('We suggest'), não uma demonstração. · Conferida na fonte (texto integral), conferência automatizada
• Estimativa: Análises genéticas sugerem que a biomineralização magnética pode ter surgido no Arqueano médio, e magnetofósseis são conhecidos de cerca de 1,9 bilhão de anos atrás; são estimativas, não observações diretas de bactérias antigas. [5] Introduction [1] Introduction
  Contexto: Datação por relógio molecular e análise filogenética (origem estimada) e por magnetofósseis (cristais fossilizados). · Limitações: Origem estimada por métodos indiretos; as revisões descrevem como 'thought to'. Magnetofósseis são cristais, não células. · Estimativa por relógio molecular e filogenia; magnetofósseis são cristais, não células. · Conferida na fonte (texto integral), conferência automatizada

Fontes

1. PLoS Genetics — Magnetic genes: Studying the genetics of biomineralization in magnetotactic bacteria
   McCausland, H. C.; Komeili, A. · 2020 · Revisão ou síntese científica · lida na íntegra · consultada em 13/10/2026 DOI 10.1371/journal.pgen.1008499
2. Journal of Structural Biology: X — Current view of iron biomineralization in magnetotactic bacteria
   Ben-Shimon, S.; Stein, D.; Zarivach, R. · 2021 · Revisão ou síntese científica · lida na íntegra · consultada em 13/10/2026 DOI 10.1016/j.yjsbx.2021.100052
3. Biophysical Journal — Magnetic Optimization in a Multicellular Magnetotactic Organism
   Winklhofer, M.; Abraçado, L. G.; Davila, A. F.; Keim, C. N.; Lins de Barros, H. G. P. · 2007 · Artigo científico original · lida na íntegra · consultada em 13/10/2026 DOI 10.1529/biophysj.106.093823
4. Frontiers in Microbiology — Isolation, cultivation and genomic analysis of magnetosome biomineralization genes of a new genus of South-seeking magnetotactic cocci within the Alphaproteobacteria
   Morillo, V.; Abreu, F.; Araujo, A. C.; de Almeida, L. G. P.; Enrich-Prast, A.; Farina, M.; de Vasconcelos, A. T. R.; Bazylinski, D. A.; Lins, U. · 2014 · Artigo científico original · lida na íntegra · consultada em 13/10/2026 DOI 10.3389/fmicb.2014.00072
5. The ISME Journal — Renaissance for magnetotactic bacteria in astrobiology
   Zhang, W. et al. · 2023 · Revisão ou síntese científica · lida na íntegra · consultada em 13/10/2026 DOI 10.1038/s41396-023-01495-w

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