I ricercatori hanno studiato a lungo i batteri magnetotattici (MTB), microbi acquatici che hanno la capacità di orientarsi ai campi magnetici. Questo comportamento insolito li rende un argomento di interesse per migliorare la nostra comprensione del biomagnetismo, e potenzialmente sfruttando le loro capacità per le tecnologie future, come i nanorobot medici. I neutroni sono stati usati per esplorare le caratteristiche di questo magnetismo sondando le parti specializzate delle cellule coinvolte.

Le MTB esercitano le loro capacità di navigazione magnetica utilizzando magnetosomi, strutture a membrana contenenti nanoparticelle magnetiche che i batteri mineralizzano dal loro ambiente. I magnetosomi si dispongono in una catena che funge da bussola magnetica, permettendo ai batteri di spostarsi verso i letti dei fiumi in cui abitano, utilizzando i campi magnetici della Terra. Queste insolite nanoparticelle sono state esaminate con fasci di neutroni per scoprire i meccanismi sottostanti che determinano la disposizione e la geometria delle catene.

Una collaborazione internazionale di ricercatori dell'Università dei Paesi Baschi, L'Università della Cantabria e l'Institut Laue Langevin (ILL) hanno chiarito la precisa configurazione strutturale dei magnetosomi nel ceppo MTB Magnetospirillum gryphiswaldense. Hanno effettuato lo scattering di neutroni a piccolo angolo (SANS) su un colloide di MTB, una tecnica che permette loro di vedere nel dettaglio la microstruttura magnetica degli organismi in soluzione acquosa. Lo strumento D33 è stato impiegato a causa della sua modalità di fascio di neutroni polarizzati, che ha permesso ai ricercatori di analizzare sia i componenti strutturali che la disposizione magnetica, possibile perché i neutroni interagiranno con entrambi. Le nanoparticelle magnetiche sono fondamentali per molte applicazioni, che vanno dalla diagnostica biomedica all'archiviazione dei dati, e persino trattamenti per il cancro dell'ipertermia, ma le strutture magnetiche all'interno e tra le nanoparticelle sono difficili da sondare direttamente. Lo scattering di neutroni a piccolo angolo risolto con spin neutronico è uno dei pochi strumenti che possono essere utilizzati per studiare le nanoparticelle.

Utilizzando SANS, i ricercatori hanno acquisito nuove informazioni sulla struttura della catena del magnetosoma. Questo è stato precedentemente osservato per essere piegato, piuttosto che dritto, tuttavia, il sondaggio di neutroni ha aiutato i ricercatori a esplorare ciò che sta accadendo in modo più approfondito. Il sondaggio dei neutroni ha rivelato che le curve non influenzano la direzione del momento magnetico netto, ma fa sì che il momento magnetico della singola nanoparticella si discosti di 20 gradi dall'asse della catena. Una volta presa in considerazione la deviazione, l'interazione delle interazioni magnetiche dipolari tra le nanoparticelle e il meccanismo di assemblaggio attivo attuato dalle proteine ​​batteriche spiega la conformazione delle catene a forma elicoidale:è semplicemente la disposizione a più bassa energia per le nanoparticelle magnetiche.

Questi risultati, pubblicato in Nanoscala , facilitare una migliore comprensione di come il comportamento della catena potrebbe influenzare le applicazioni della MTB. Potrebbero guidare lo sviluppo di nanorobot biologici, che possono somministrare farmaci o eseguire piccoli interventi chirurgici all'interno del corpo. La catena del magnetosoma dei batteri potrebbe fornire un movimento direzionale all'interno del sistema di sterzo. In questo caso, la precisa conformazione della catena sarebbe fondamentale per il suo corretto funzionamento e per la navigazione intorno al corpo. I nanorobot consentirebbero di eseguire procedure mediche minimamente invasive, alleviare i pazienti di gran parte del trauma causato dagli attuali metodi chirurgici intrusivi.

Dirk Honecker, uno scienziato degli strumenti presso l'ILL, e coautore dello studio, disse, "La diffusione dei neutroni è uno strumento prezioso per esaminare questi magnetosomi e anche altri materiali in modo molto dettagliato. Il nostro strumento di neutroni a piccolo angolo D33 con la sua capacità di raggio polarizzato ci consente di analizzare le interazioni magnetiche e le strutture su scala nanometrica, grazie al momento magnetico dei neutroni. Con queste nuove informazioni, stiamo facendo un passo avanti per sfruttare il potenziale di queste incredibili nanoparticelle prodotte dalla natura. Tra le applicazioni più interessanti ci saranno quelle che riguardano la medicina:la minuscola bussola nei batteri potrebbe essere utilizzata per navigare nel corpo umano, e guidare i nanorobot per svolgere compiti in organi o arti specifici".