Magnetotactische bacteriën kunnen het magnetische veld van de aarde waarnemen via magnetische nanodeeltjes in hun binnenste die fungeren als een intern kompas. Spaanse teams en experts van Helmholtz-Zentrum Berlin hebben nu het magnetische kompas van Magnetospirillum gryphiswaldense bij BESSY II onderzocht. Hun resultaten kunnen nuttig zijn bij het ontwerpen van bedieningsapparaten voor nanorobots en nanosensoren voor biomedische toepassingen.

Magnetotactische bacteriën worden meestal aangetroffen in zoetwater- en zeesedimenten. een soort, Magnetospirillum gryphiswaldense, is gemakkelijk te kweken in het laboratorium - met of zonder magnetische nanodeeltjes in hun interieur, afhankelijk van de aanwezigheid of afwezigheid van ijzer in de lokale omgeving. "Dus deze micro-organismen zijn ideale testgevallen om te begrijpen hoe hun interne kompas is geconstrueerd, " legt Lourdes Marcano uit, een PhD-student in de natuurkunde aan de Universidad del Pais Vasco in Leioa, Spanje.

Magnetospirillumcellen bevatten een aantal kleine deeltjes magnetiet (Fe ₃ O ₄ ), elk ongeveer 45 nanometer breed. Deze nanodeeltjes, magnetosomen genoemd, zijn meestal gerangschikt als een ketting in de bacteriën. Deze ketting werkt als een permanente dipoolmagneet en kan de hele bacteriën passief heroriënteren langs de magnetische veldlijnen van de aarde. "De bacteriën bestaan ​​bij voorkeur in de oxy/anoxy-overgangszones, " zegt Marcano, "en het interne kompas zou hen kunnen helpen om het beste niveau in de gelaagde waterkolom te vinden om aan hun voedingsbehoeften te voldoen." De Spaanse wetenschappers onderzochten de vorm van de magnetosomen en hun rangschikking in de cellen met behulp van verschillende experimentele methoden, zoals elektronencryotomografie.

Monsters van geïsoleerde magnetosoomketens werden geanalyseerd bij BESSY II om de relatieve oriëntatie tussen de richting van de keten en het magnetische veld dat door de magnetosomen wordt gegenereerd, te onderzoeken. "De huidige methoden die worden gebruikt om de magnetische eigenschappen van deze bacteriën te karakteriseren, vereisen bemonstering over honderden niet-uitgelijnde magnetosoomketens. Met behulp van foto-elektronenemissiemicroscopie (PEEM) en röntgenmagnetisch circulair dichroïsme (XMCD) bij HZB, we zijn in staat om de magnetische eigenschappen van individuele ketens te detecteren en te karakteriseren, " legt Dr. Sergio Valencia uit, HZB. "Het kunnen visualiseren van de magnetische eigenschappen van individuele magnetosoomketens opent de mogelijkheid om de resultaten te vergelijken met theoretische voorspellingen."

Inderdaad, de experimenten onthulden dat de magnetische veldoriëntatie van de magnetosomen niet langs de ketenrichting is gericht, zoals tot nu toe aangenomen, maar is licht gekanteld. Zoals de theoretische modellering van de Spaanse groep suggereert, deze kanteling zou kunnen verklaren waarom magnetosoomketens niet recht maar spiraalvormig zijn. Een dieper begrip van de mechanismen die de kettingvorm bepalen is erg belangrijk, zeggen de wetenschappers. De uitvindingen van de natuur zouden nieuwe biomedische oplossingen kunnen inspireren, zoals nanorobots die door flagella-systemen worden voortgestuwd in de richting die wordt geboden door hun magnetosoomketen.