Los investigadores han estudiado durante mucho tiempo las bacterias magnetotácticas (MTB), microbios acuáticos que tienen la capacidad de orientarse a los campos magnéticos. Este comportamiento inusual los convierte en un tema de interés para mejorar nuestra comprensión del biomagnetismo, y potencialmente aprovechar sus habilidades para tecnologías futuras, como nanorobots médicos. Se han utilizado neutrones para explorar las características de este magnetismo al sondear las partes especializadas de las células que están involucradas.

Los MTB ejercen sus habilidades de navegación magnética utilizando magnetosomas, estructuras de membrana que contienen nanopartículas magnéticas que las bacterias mineralizan de su entorno. Los magnetosomas se organizan en una cadena que actúa como una brújula magnética, permitir que las bacterias se muevan hacia los lechos de los ríos que habitan, utilizando los campos magnéticos de la Tierra. Estas nanopartículas inusuales se han examinado con haces de neutrones para descubrir los mecanismos subyacentes que determinan la disposición y geometría de las cadenas.

Una colaboración internacional de investigadores de la Universidad de los Países Vascos, La Universidad de Cantabria y el Institut Laue Langevin (ILL) han dilucidado la configuración estructural precisa de los magnetosomas en la cepa MTB Magnetospirillum gryphiswaldense. Llevaron a cabo dispersión de neutrones de ángulo pequeño (SANS) en un coloide de MTB, una técnica que les permite ver la microestructura magnética de los organismos en detalle en solución acuosa. El instrumento D33 se empleó debido a su modo de haz de neutrones polarizado, lo que permitió a los investigadores analizar tanto los componentes estructurales como la disposición magnética, posible porque los neutrones interactuarán con ambos. Las nanopartículas magnéticas son fundamentales para muchas aplicaciones, que van desde el diagnóstico biomédico hasta el almacenamiento de datos, e incluso tratamientos contra el cáncer de hipertermia, pero las estructuras magnéticas dentro y entre las nanopartículas son difíciles de sondear directamente. La dispersión de neutrones de ángulo pequeño resuelta por espín de neutrones es una de las pocas herramientas que se pueden utilizar para investigar nanopartículas.

Usando SANS, los investigadores han obtenido nuevos conocimientos sobre la estructura de la cadena del magnetosoma. Esto se observó previamente que estaba doblado, en lugar de recto, sin embargo, el sondeo de neutrones ha ayudado a los investigadores a explorar más profundamente lo que está sucediendo. El sondeo de neutrones reveló que las curvas no afectan la dirección del momento magnético neto, pero hacen que el momento magnético de las nanopartículas individuales se desvíe 20 grados del eje de la cadena. Una vez que se tiene en cuenta la desviación, la interacción de las interacciones dipolares magnéticas entre las nanopartículas y el mecanismo de ensamblaje activo implementado por las proteínas bacterianas explica la conformación de las cadenas en forma helicoidal:es simplemente la disposición de energía más baja para las nanopartículas magnéticas.

Estos hallazgos, publicado en Nanoescala , Facilitar una mejor comprensión de cómo el comportamiento de la cadena puede afectar las aplicaciones de MTB. Podrían guiar el desarrollo de nanorobots biológicos, que puede administrar medicamentos o realizar una cirugía menor dentro del cuerpo. La cadena de magnetosomas de las bacterias podría proporcionar un movimiento direccional dentro del sistema de dirección. En este caso, la conformación precisa de la cadena sería fundamental para que funcione correctamente y navegue por el cuerpo. Los nanorobots permitirían realizar procedimientos médicos mínimamente invasivos, aliviar a los pacientes de gran parte del trauma causado por los métodos quirúrgicos intrusivos actuales.

Dirk Honecker, un científico de instrumentos en el ILL, y coautor del estudio, dijo, "La dispersión de neutrones es una herramienta valiosa para examinar estos magnetosomas y también otros materiales con gran detalle. Nuestro instrumento de neutrones de ángulo pequeño D33 con su capacidad de haz polarizado nos permite analizar las interacciones magnéticas, así como las estructuras a nanoescala, gracias al momento magnético de los neutrones. Con esta nueva información, estamos dando un paso más para aprovechar el potencial de estas asombrosas nanopartículas producidas por la naturaleza. Entre las aplicaciones más interesantes se encuentran las relacionadas con la medicina:la pequeña brújula en las bacterias podría usarse para navegar por el cuerpo humano, y guiar a los nanorobots para que lleven a cabo tareas en órganos o miembros específicos ".