I batteri magnetotattici possono rilevare il campo magnetico terrestre tramite nanoparticelle magnetiche al loro interno che fungono da bussola interna. I team spagnoli e gli esperti dell'Helmholtz-Zentrum Berlin hanno ora esaminato la bussola magnetica di Magnetospirillum gryphiswaldense al BESSY II. I loro risultati possono essere utili nella progettazione di dispositivi di attuazione per nanorobot e nanosensori per applicazioni biomediche.

I batteri magnetotattici si trovano solitamente nei sedimenti di acqua dolce e marina. una specie, Magnetospirillum gryphiswaldense, è facilmente coltivabile in laboratorio - con o senza nanoparticelle magnetiche al loro interno a seconda della presenza o assenza di ferro nell'ambiente locale. "Quindi questi microrganismi sono casi di prova ideali per capire come è costruita la loro bussola interna, " spiega Lourdes Marcano, uno studente di dottorato in fisica presso l'Universidad del Pais Vasco di Leioa, Spagna.

Le cellule Magnetospirillum contengono un numero di piccole particelle di magnetite (Fe ₃ oh ₄ ), ciascuno di circa 45 nanometri di larghezza. Queste nanoparticelle, chiamati magnetosomi, sono di solito disposti come una catena all'interno dei batteri. Questa catena agisce come un magnete dipolo permanente ed è in grado di riorientare passivamente l'intero batterio lungo le linee del campo magnetico terrestre. "I batteri esistono preferenzialmente nelle zone di transizione ossi/anossi, "Marcano dice, "e la bussola interna potrebbe aiutarli a trovare il miglior livello nella colonna d'acqua stratificata per soddisfare le loro esigenze nutrizionali". Gli scienziati spagnoli hanno esaminato la forma dei magnetosomi e la loro disposizione all'interno delle cellule utilizzando vari metodi sperimentali come la criotomografia elettronica.

Campioni di catene di magnetosomi isolate sono stati analizzati presso BESSY II per studiare l'orientamento relativo tra la direzione della catena e il campo magnetico generato dai magnetosomi. "I metodi attuali impiegati per caratterizzare le proprietà magnetiche di questi batteri richiedono il campionamento su centinaia di catene di magnetosomi non allineate. Utilizzando la microscopia a emissione fotoelettronica (PEEM) e il dicroismo circolare magnetico a raggi X (XMCD) presso HZB, siamo in grado di rilevare e caratterizzare le proprietà magnetiche delle singole catene, " spiega il dottor Sergio Valencia, HZB. "Essere in grado di visualizzare le proprietà magnetiche delle singole catene di magnetosomi apre la possibilità di confrontare i risultati con le previsioni teoriche".

Infatti, gli esperimenti hanno rivelato che l'orientamento del campo magnetico dei magnetosomi non è diretto lungo la direzione della catena, come ipotizzato fino ad ora, ma è leggermente inclinato. Come suggerisce la modellizzazione teorica del gruppo spagnolo, questa inclinazione potrebbe spiegare perché le catene dei magnetosomi non sono diritte ma di forma elicoidale. Una comprensione più profonda dei meccanismi che determinano la forma della catena è molto importante, dicono gli scienziati. Le invenzioni della natura potrebbero ispirare nuove soluzioni biomediche come i nanorobot azionati da sistemi flagelli nella direzione fornita dalla loro catena di magnetosomi.