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 наличия или отсутствия железа в окружающей среде. «Таким образом, эти микроорганизмы являются идеальными тестовыми примерами для понимания того, как устроен их внутренний компас», — объясняет Лурдес Маркано, аспирант по физике Университета дель Паис Васко в Лейоа, Испания.
Цепочка магнитных наночастиц образуют компас
Клетки Magnetospirillum содержат ряд мелких частиц магнетита (Fe3O4), каждая примерно. 45 нанометров в ширину. Эти наночастицы, называемые магнитосомами, обычно расположены в виде цепочки внутри бактерий. Эта цепочка действует как постоянный дипольный магнит и может пассивно переориентировать целые бактерии вдоль силовых линий магнитного поля Земли. «Бактерии существуют преимущественно в переходных зонах кислород / анокс, — отмечает Маркано, — и внутренний компас может помочь им найти лучший уровень в многослойной водной толще для удовлетворения их потребностей в питательных веществах."Испанские ученые исследовали форму магнитосом и их расположение внутри клеток, используя различные экспериментальные методы, такие как электронная криотомография.
Изолированные цепи исследованы на BESSY II
Образцы изолированных цепочек магнитосом были проанализированы в BESSY II, чтобы исследовать относительную ориентацию между направлением цепочки и магнитным полем, создаваемым магнитосомами. «Современные методы, используемые для характеристики магнитных свойств этих бактерий, требуют отбора проб из сотен невыровненных цепочек магнитосом. «Используя фотоэлектронную эмиссионную микроскопию (PEEM) и рентгеновский магнитный круговой дихроизм (XMCD) в HZB, мы можем« увидеть »и охарактеризовать магнитные свойства отдельных цепочек», — объясняет доктор.
Серхио Валенсия, HZB. "Возможность визуализировать магнитные свойства отдельных цепочек магнитосом открывает возможность сравнения результатов с теоретическими предсказаниями."
Спиральная форма
Действительно, эксперименты показали, что ориентация магнитного поля магнитосом не направлена вдоль направления цепи, как предполагалось до сих пор, а слегка наклонена. Как показывает теоретическое моделирование испанской группы, этот наклон может объяснить, почему цепочки магнитосом имеют не прямую, а спиральную форму.
Прогноз: природа как модель
Ученые отмечают, что более глубокое понимание механизмов, определяющих форму цепи, очень важно. Изобретения природы могут вдохновить на создание новых биомедицинских решений, таких как нанороботы, приводимые в движение системами жгутиков в направлении, определяемом их цепочкой магнитосом.