Магнитные бактерии и их уникальная суперсила привлекают исследователей

В 1970-х годах микробиолог Ричард Блейкмор обнаружил бактерии, которые всегда плыли в одном географическом направлении, даже при повороте микроскопа. Он подтвердил, что они реагируют на слабые магнитные поля Земли, и в 1975 году опубликовал статью в Science, представив миру магнитотактические бактерии.

Что делает их живыми магнитами?

Эти прокариоты содержат наночастицы из оксида или сульфида железа, которые в 100 000 раз меньше рисового зерна. Частицы бывают пулевидной, прямоугольной и сферической формы. Выстраиваясь в цепочки, они позволяют бактериям реагировать на магнитное поле Земли силой около 0.5 Гаусс (для сравнения, магнит на холодильнике — около 100 Гаусс).

Происхождение магнитных бактерий

Существует две основные гипотезы их появления:

1. Бактерии эволюционировали миллиарды лет назад, чтобы запасать токсичное в свободной форме железо, кристаллизуя его в наночастицы (магнетосомы).
2. Более широко принятая гипотеза: магнетосомы помогают бактериям эффективнее ориентироваться и перемещаться в бедных кислородом (1–2%) болотистых средах, используя магнитное поле Земли для навигации и дополнительного толчка.

Гены магнетизма и их применение

Изучая бактерии, учёные определили гены, отвечающие за производство, размер, форму и выравнивание магнитных наночастиц. Это открывает путь к магнетогенетике — неинвазивному управлению клетками с помощью магнитных полей, которые легко проникают в ткани (в отличие от света, используемого в оптогенетике).

Пока создать магнитные клетки млекопитающих не удалось: в них наночастицы слишком малы и распределены хаотично. Один из подходов — создание библиотеки мутантных бактерий с разным числом наночастиц с помощью высокочувствительного магнитного устройства для их сортировки. Цель — найти минимальный набор генов, необходимый для создания магнитной клетки млекопитающего.

Практическое использование

Магнитотактические бактерии уже применяются:

• Как микророботы для доставки лекарств и удаления токсичных металлов из воды.
• Их магнитные наночастицы используются для таргетной доставки лекарств и гипертермии (уничтожения раковых клеток нагревом).

Для масштабирования производства был разработан магнитный микрофлюидный чип, который сортирует бактерии по количеству наночастиц, отбирая самых продуктивных для дальнейшего культивирования и исследований.