Бактерии существуют во многих формах и с очень разными способностями. Магнитотактические бактерии могут даже чувствовать магнитное поле Земли, используя магнитные наночастицы внутри себя, которые действуют как внутренний компас. Испанские группы и эксперты из Helmholtz-Zentrum Berlin теперь изучили магнитный компас Magnetospirillum gryphiswaldense на BESSY II. Их результаты могут быть полезны при разработке исполнительных устройств для нанороботов и наносенсоров для биомедицинских приложений.
Магнитотактические бактерии обычно встречаются в пресноводных и морских отложениях. Один вид, Magnetospirillum gryphiswaldense, легко культивируется в лаборатории - с магнитными наночастицами внутри или без них, в зависимости от присутствия или отсутствия железа в окружающей среде. «Таким образом, эти микроорганизмы - идеальные тестовые примеры для понимания того, как устроен их внутренний компас», - объясняет Лурдес Маркано, аспирант по физике в Университете Паис Васко в Лейоа, Испания.
Цепочка магнитных наночастиц образует компас
Клетки Magnetospirillum содержат ряд мелких частиц магнетита (Fe3O4), каждая размером ок. шириной 45 нанометров. Эти наночастицы, называемые магнитосомами, обычно располагаются внутри бактерий в виде цепочки. Эта цепочка действует как постоянный дипольный магнит и способна пассивно переориентировать целые бактерии вдоль силовых линий магнитного поля Земли. «Бактерии преимущественно обитают в зонах перехода кислород/анокси, - отмечает Маркано, - и внутренний компас может помочь им найти наилучший уровень в стратифицированной толще воды для удовлетворения их потребностей в питании. Испанские ученые исследовали форму магнитосом и их расположение внутри клеток с помощью различных экспериментальных методов, таких как электронная криотомография.
Изолированные цепи проверены на BESSY II
Образцы изолированных цепочек магнитосом были проанализированы на BESSY II для изучения относительной ориентации между направлением цепи и магнитным полем, создаваемым магнитосомами. «Современные методы, используемые для характеристики магнитных свойств этих бактерий, требуют отбора проб сотен невыровненных цепочек магнитосом. Используя фотоэлектронную эмиссионную микроскопию (PEEM) и рентгеновский магнитный круговой дихроизм (XMCD) в HZB, мы можем «видеть» и охарактеризовать магнитные свойства отдельных цепей», - объясняет доктор Серджио Валенсия, HZB. «Возможность визуализировать магнитные свойства отдельных цепочек магнитосом открывает возможность сравнения результатов с теоретическими предсказаниями."
Спиральная форма
Действительно, опыты показали, что ориентация магнитного поля магнитосом направлена не вдоль направления цепочки, как предполагалось до сих пор, а слегка наклонена. Как предполагает теоретическое моделирование испанской группы, этот наклон может объяснить, почему цепи магнитосом имеют не прямую, а спиралевидную форму.
Взгляд: природа как модель
Более глубокое понимание механизмов, определяющих форму цепи, очень важно, отмечают ученые. Изобретения природы могут вдохновить на новые биомедицинские решения, такие как нанороботы, приводимые в движение системами жгутиков в направлении, указанном их магнитосомной цепью.