To nie jest teoretyczna ciekawostka, ale konkretny mechanizm, który naukowcy w końcu nauczyli się precyzyjnie mierzyć. Otwiera to drzwi do zastosowań, o których jeszcze niedawno można było tylko marzyć, choć nie należy spodziewać się ich z dnia na dzień.
Magnetosomy. Biologiczny kompas w mikroskopijnej skali
Gatunek bakterii Magnetospirillum gryphiswaldense dysponuje wewnątrz swoich komórek strukturą, która mogłaby zawstydzić niejednego inżyniera. Chodzi o łańcuchy magnetycznych nanocząstek zwanych magnetosomami. Działają one jak miniaturowy, żywy kompas, ustawiając komórkę równolegle do linii ziemskiego pola magnetycznego. W swoim naturalnym środowisku – stojących zbiornikach wodnych i mulistych osadach – bakterie wykorzystują tę zdolność do systematycznej wędrówki w górę lub w dół. Kierują się poszukiwaniem idealnego dla siebie stężenia tlenu, które w wodzie często zmienia się wraz z głębokością, a ta z kolei pokrywa się z kierunkiem pola magnetycznego. To genialny w swej prostocie system nawigacji, doskonale dopasowany do ich potrzeb.
Czytaj także: Ukryte życie pod Ziemią. Mikroorganizmy śpią tam miliony lat
Pomiar niemożliwego. Jak zważyć siłę magnetyczną bakterii
Przez lata bezpośredni pomiar słabego magnetyzmu pojedynczej bakterii wydawał się niemożliwy. Przełomu dokonał zespół prof. Martino Poggio z Uniwersytetu w Bazylei oraz prof. Dirka Schülera z Uniwersytetu w Bayreuth. Ich metoda opierała się na przymocowaniu pojedynczych komórek bakteryjnych do niezwykle cienkich wsporników i obserwowaniu, jak wibrują pod wpływem zmiennych pól magnetycznych. Drobne zmiany w częstotliwości drgań pozwoliły wyciągnąć wnioski o sile i stabilności magnetycznej bakterii. Badania uzupełniono obrazowaniem z mikroskopii elektronowej oraz złożonymi symulacjami komputerowymi. Wyniki, opublikowane w czasopiśmie Physical Review E, potwierdziły, że siła generowana przez łańcuch magnetosomów w zupełności wystarcza, aby bakteria mogła się orientować w słabym polu magnetycznym naszej planety. To pierwszy tak dokładny pomiar magnetyzmu na poziomie pojedynczej komórki.
Od mikrorobotów po oczyszczanie wody. Potencjalne zastosowania
Odkrycie to ma wymiar nie tylko czysto poznawczy. Wizje przyszłych zastosowań są niezwykle intrygujące. W medycynie myśli się o mikrorobotach inspirowanych tymi bakteriami, które pod wpływem zewnętrznego pola magnetycznego mogłyby precyzyjnie dostarczać leki, na przykład bezpośrednio do guzów nowotworowych. Równie obiecująco wyglądają perspektywy w ochronie środowiska. Bakterie magnetotaktyczne naturalnie akumulują metale ciężkie, a dzięki swoim właściwościom magnetycznym można je następnie łatwo usunąć z wody za pomocą magnesu, co stanowiłoby potencjalnie tańszą i czystszą metodę oczyszczania ścieków.
Czytaj także: Jak bakterie się poruszają? Zagadka sprzed lat rozwiązana
Nie jest to jednak technologia pozbawiona wyzwań. Badania ujawniły istotne ograniczenie: bardzo silne, sztuczne pola magnetyczne mogą zakłócić uporządkowanie łańcucha magnetosomów, odwracając pojedyncze nanocząstki. W naturze, przy stabilnym i słabym polu Ziemskim, nie stanowi to problemu. Sytuacja komplikuje się jednak w kontrolowanym środowisku laboratoryjnym lub przyszłych urządzeniach medycznych, gdzie precyzyjne sterowanie wymagałoby uwzględnienia tego efektu.
Prace naukowców z Bazylei i Bayreuth to kamień milowy w zrozumieniu biologicznego magnetyzmu. Otwierają one nowe ścieżki w nanobiotechnologii i inżynierii biomedycznej. Entuzjazm jest uzasadniony, lecz warto pamiętać, że od eleganckiego eksperymentu do praktycznej technologii wiedzie długa i często kręta droga. Kolejne lata pokażą, które z tych śmiałych pomysłów uda się przekształcić w rzeczywiste narzędzia.
