Les chercheurs étudient depuis longtemps les bactéries magnétotactiques (MTB), microbes aquatiques qui ont la capacité de s'orienter vers les champs magnétiques. Ce comportement inhabituel en fait un sujet d'intérêt pour améliorer notre compréhension du biomagnétisme, et potentiellement exploiter leurs capacités pour les technologies futures, tels que les nanorobots médicaux. Les neutrons ont été utilisés pour explorer les caractéristiques de ce magnétisme en sondant les parties spécialisées des cellules impliquées.

Les VTT exercent leurs compétences de navigation magnétique à l'aide de magnétosomes, des structures membranaires contenant des nanoparticules magnétiques que les bactéries minéralisent à partir de leur environnement. Les magnétosomes s'organisent en une chaîne qui agit comme un compas magnétique, permettant aux bactéries de se déplacer vers les lits des rivières qu'elles habitent, en utilisant les champs magnétiques de la Terre. Ces nanoparticules inhabituelles ont été examinées avec des faisceaux de neutrons pour découvrir les mécanismes sous-jacents qui déterminent l'arrangement et la géométrie des chaînes.

Une collaboration internationale de chercheurs de l'Université des Pays Basques, L'Université de Cantabrie et l'Institut Laue Langevin (ILL) ont élucidé la configuration structurelle précise des magnétosomes de la souche MTB Magnetospirillum gryphiswaldense. Ils ont réalisé la diffusion de neutrons aux petits angles (SANS) sur un colloïde de VTT, une technique qui leur permet de voir en détail la microstructure magnétique des organismes en solution aqueuse. L'instrument D33 a été utilisé en raison de son mode de faisceau de neutrons polarisés, ce qui a permis aux chercheurs d'analyser à la fois les composants structurels et l'arrangement magnétique - possible parce que les neutrons interagiront avec les deux. Les nanoparticules magnétiques sont au cœur de nombreuses applications, allant du diagnostic biomédical au stockage de données, et même les traitements du cancer par hyperthermie, mais les structures magnétiques à l'intérieur et entre les nanoparticules sont difficiles à sonder directement. La diffusion des neutrons aux petits angles résolue par spin neutronique est l'un des rares outils pouvant être utilisé pour étudier les nanoparticules.

En utilisant SANS, les chercheurs ont acquis de nouvelles connaissances sur la structure de la chaîne des magnétosomes. Cela a déjà été observé comme étant plié, plutôt que droit, pourtant, le sondage neutronique a aidé les chercheurs à explorer plus en profondeur ce qui se passe. Le sondage neutronique a révélé que les courbures n'affectent pas la direction du moment magnétique net, mais provoquent une déviation du moment magnétique des nanoparticules individuelles de 20 degrés par rapport à l'axe de la chaîne. Une fois l'écart pris en compte, le jeu des interactions magnétiques dipolaires entre les nanoparticules et le mécanisme d'assemblage actif mis en œuvre par les protéines bactériennes explique la conformation des chaînes en forme d'hélice :c'est tout simplement l'arrangement de plus faible énergie pour les nanoparticules magnétiques.

Ces découvertes, Publié dans Nanoéchelle , faciliter une meilleure compréhension de la façon dont le comportement de la chaîne pourrait affecter les applications du VTT. Ils pourraient guider le développement de nanorobots biologiques, qui peut administrer des médicaments ou effectuer une intervention chirurgicale mineure à l'intérieur du corps. La chaîne de magnétosomes de la bactérie pourrait fournir un mouvement directionnel au sein du système de direction. Dans ce cas, la conformation précise de la chaîne serait essentielle pour qu'elle fonctionne correctement et navigue dans le corps. Les nanorobots permettraient de réaliser des actes médicaux mini-invasifs, soulager les patients d'une grande partie du traumatisme causé par les méthodes chirurgicales intrusives actuelles.

Dirk Honecker, un instrumentiste à l'ILL, et co-auteur de l'étude, mentionné, "La diffusion des neutrons est un outil précieux pour examiner ces magnétosomes ainsi que d'autres matériaux dans les moindres détails. Notre instrument à neutrons aux petits angles D33 avec sa capacité de faisceau polarisé nous permet d'analyser les interactions magnétiques ainsi que les structures à l'échelle nanométrique, grâce au moment magnétique des neutrons. Avec ces nouvelles informations, nous faisons un pas de plus vers l'exploitation du potentiel de ces étonnantes nanoparticules produites par la nature. Parmi les applications les plus intéressantes figurent celles impliquant la médecine - la minuscule boussole dans les bactéries pourrait être utilisée pour naviguer dans le corps humain, et guider les nanorobots pour effectuer des tâches dans des organes ou des membres spécifiques."