Magnetotactische bacteriën (MTB) kunnen zich oriënteren en langs de geomagnetische veldlijnen navigeren. Dit buitengewone vermogen is gebaseerd op de vorming van intracellulaire magnetische kristallen van magnetiet (Fe3O4) of greigiet (Fe3S4). De kristallen bevinden zich in gespecialiseerde organellen, magnetosomen genaamd, die worden omgeven door een lipidemembraan. De magnetosomen zijn in ketens in de cel gerangschikt en hun magnetische momenten zijn uitgelijnd langs de lange as van de keten. Door deze opstelling kunnen de bacteriën de richting van het magnetische veld van de aarde waarnemen en hun lichaam dienovereenkomstig afstemmen.

Hoewel magnetoreceptie de afgelopen jaren intensief is bestudeerd en een van de meest verbazingwekkende prestaties in de natuur is, is het exacte mechanisme van magnetosoomvorming nog steeds niet volledig begrepen. Er zijn verschillende modellen voorgesteld, waaronder directe precipitatie van magnetiet of greigiet uit het cytoplasma, transformatie van membraangebonden ijzersulfiden in magnetiet, of ingewikkelder processen waarbij ijzer- en zwavelionen door het magnetosoommembraan worden getransporteerd.

Om licht te werpen op het vormingsmechanisme van magnetosomen hebben onderzoekers van de Technische Universiteit van München (TUM) de magnetotactische bacterie Magnetospirillum Magneticum AMB-1 bestudeerd met behulp van synchrotron-röntgenmicroscopie en spectroscopie in het Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB). Door de combinatie van deze technieken konden ze de elementaire samenstelling en magnetische eigenschappen van de magnetosomen met hoge ruimtelijke resolutie analyseren.

De resultaten laten zien dat de magnetosomen in Magnetospirillum Magneticum AMB-1 zijn samengesteld uit een magnetietkern omgeven door een dun membraan. De kern bevat ongeveer 50% ijzer en 50% zuurstof, die in een omgekeerde spinelstructuur zijn gerangschikt. Het membraan bestaat uit een mengsel van lipiden, eiwitten en koolhydraten en is ongeveer 5 nm dik.

De onderzoekers ontdekten ook dat de magnetosomen worden gevormd door de directe precipitatie van magnetiet uit het cytoplasma. Dit proces wordt geïnitieerd door de ophoping van ijzer- en zuurstofionen in het magnetosoommembraan. De ionen reageren vervolgens om magnetietkristallen te vormen, die groeien totdat ze hun uiteindelijke grootte hebben bereikt.

Deze bevindingen bieden nieuwe inzichten in het vormingsmechanisme van magnetosomen en dragen bij aan ons begrip van hoe magnetotactische bacteriën zich oriënteren en navigeren langs de magnetische veldlijnen van de aarde.