BESSY II belyser, hvordan det indre kompas er opbygget i magnetotaktiske bakterier

Magnettaktiske bakterier kan mærke Jordens magnetfelt via magnetiske nanopartikler i deres indre, der fungerer som et indre kompas. Spanske hold og eksperter ved Helmholtz-Zentrum Berlin har nu undersøgt magnetkompaset fra Magnetospirillum gryphiswaldense på BESSY II. Deres resultater kan være nyttige til at designe aktiveringsenheder til nanorobotter og nanosensorer til biomedicinske applikationer.

Magnettaktiske bakterier findes normalt i ferskvands- og havsedimenter. En art, Magnetospirillum gryphiswaldense, dyrkes let i laboratoriet - med eller uden magnetiske nanopartikler i deres indre afhængig af tilstedeværelse eller fravær af jern i lokalmiljøet. "Så disse mikroorganismer er ideelle testcases til at forstå, hvordan deres indre kompas er konstrueret, " forklarer Lourdes Marcano, en ph.d.-studerende i fysik ved Universidad del Pais Vasco i Leioa, Spanien.

Magnetospirillum-celler indeholder en række små partikler af magnetit (Fe ₃ O ₄ ), hver cirka 45 nanometer bred. Disse nanopartikler, kaldet magnetosomer, er normalt arrangeret som en kæde inde i bakterierne. Denne kæde fungerer som en permanent dipolmagnet og er i stand til passivt at omorientere hele bakterierne langs Jordens magnetfeltlinjer. "Bakterierne eksisterer fortrinsvis i oxy/anoxy overgangszonerne, Marcano siger, "og det indre kompas kan hjælpe dem med at finde det bedste niveau i den lagdelte vandsøjle for at tilfredsstille deres ernæringsmæssige behov." De spanske videnskabsmænd undersøgte formen af ​​magnetosomerne og deres arrangement inde i cellerne ved hjælp af forskellige eksperimentelle metoder såsom elektronkryotomografi.

Prøver af isolerede magnetosomkæder blev analyseret ved BESSY II for at undersøge den relative orientering mellem kædens retning og det magnetiske felt genereret af magnetosomerne. "Nuværende metoder, der anvendes til at karakterisere de magnetiske egenskaber af disse bakterier, kræver prøveudtagning over hundredvis af ikke-opstillede magnetosomkæder. Ved hjælp af fotoelektronemissionsmikroskopi (PEEM) og røntgenmagnetisk cirkulær dikroisme (XMCD) ved HZB, vi er i stand til at detektere og karakterisere de magnetiske egenskaber af individuelle kæder, " forklarer Dr. Sergio Valencia, HZB. "At være i stand til at visualisere de magnetiske egenskaber af individuelle magnetosomkæder åbner muligheden for at sammenligne resultaterne med teoretiske forudsigelser."

Ja, eksperimenterne afslørede, at magnetosomernes magnetiske feltorientering ikke er rettet langs kæderetningen, som hidtil antaget, men er lidt skråtstillet. Som den teoretiske modellering af den spanske gruppe antyder, denne hældning kan forklare, hvorfor magnetosomkæder ikke er lige, men spiralformede. En dybere forståelse af de mekanismer, der bestemmer kædeformen, er meget vigtig, siger forskerne. Naturens opfindelser kunne inspirere til nye biomedicinske løsninger såsom nanorobotter drevet af flagellasystemer i den retning, som deres magnetosomkæde giver.