Les bactéries magnétotactiques peuvent détecter le champ magnétique terrestre via des nanoparticules magnétiques à l'intérieur qui agissent comme une boussole interne. Des équipes et des experts espagnols du Helmholtz-Zentrum Berlin ont maintenant examiné le compas magnétique de Magnetospirillum gryphiswaldense à BESSY II. Leurs résultats peuvent être utiles dans la conception de dispositifs d'actionnement pour les nanorobots et les nanocapteurs pour les applications biomédicales.

Les bactéries magnétotactiques se trouvent généralement dans les sédiments d'eau douce et marins. Une espèce, Magnétospirillum gryphiswaldense, est facilement cultivé en laboratoire - avec ou sans nanoparticules magnétiques à l'intérieur selon la présence ou l'absence de fer dans l'environnement local. « Donc, ces micro-organismes sont des cas de test idéaux pour comprendre comment leur boussole interne est construite, " explique Lourdes Marcano, un doctorant en physique à l'Universidad del Pais Vasco de Leioa, Espagne.

Les cellules de Magnetospirillum contiennent un certain nombre de petites particules de magnétite (Fe 3 O 4 ), chacun d'environ 45 nanomètres de large. Ces nanoparticules, appelés magnétosomes, sont généralement disposés en chaîne à l'intérieur des bactéries. Cette chaîne agit comme un aimant dipolaire permanent et est capable de réorienter passivement l'ensemble des bactéries le long des lignes de champ magnétique de la Terre. « Les bactéries existent préférentiellement au niveau des zones de transition oxy/anoxy, " Marcano dit, "et la boussole interne pourrait les aider à trouver le meilleur niveau dans la colonne d'eau stratifiée pour satisfaire leurs besoins nutritionnels." Les scientifiques espagnols ont examiné la forme des magnétosomes et leur disposition à l'intérieur des cellules en utilisant diverses méthodes expérimentales telles que la cryotomographie électronique.

Des échantillons de chaînes de magnétosomes isolés ont été analysés à BESSY II pour étudier l'orientation relative entre la direction de la chaîne et le champ magnétique généré par les magnétosomes. « Les méthodes actuelles utilisées pour caractériser les propriétés magnétiques de ces bactéries nécessitent un échantillonnage sur des centaines de chaînes de magnétosomes non alignées. nous sommes capables de détecter et de caractériser les propriétés magnétiques de chaînes individuelles, " explique le Dr Sergio Valencia, HZB. "Être capable de visualiser les propriétés magnétiques des chaînes de magnétosomes individuelles ouvre la possibilité de comparer les résultats avec les prédictions théoriques."

En effet, les expériences ont révélé que l'orientation du champ magnétique des magnétosomes n'est pas dirigée le long de la direction de la chaîne, comme supposé jusqu'à présent, mais est légèrement incliné. Comme le suggère la modélisation théorique du groupe espagnol, cette inclinaison pourrait expliquer pourquoi les chaînes de magnétosomes ne sont pas droites mais de forme hélicoïdale. Une compréhension plus approfondie des mécanismes déterminant la forme de la chaîne est très importante, disent les scientifiques. Les inventions de la nature pourraient inspirer de nouvelles solutions biomédicales telles que les nanorobots propulsés par des systèmes de flagelles dans la direction fournie par leur chaîne de magnétosomes.