На пути к микророботам: ученые Латвийского университета исследуют уникальные магнитотактические бактерии

Прорыв в микромире: Латвийские физики осваивают биомагнитные технологии

Ученые из Лаборатории магнитных мягких материалов Латвийского университета (ЛУ) совершают важный шаг в междисциплинарных исследованиях, сосредоточившись на изучении свойств магнитотактических бактерий. Как сообщает портал LSM+, эти микроскопические организмы, обладающие естественной магнитной ориентацией, могут стать основой для революционных технологий, включая создание медицинских микророботов и разработку нового поколения лекарственных препаратов. Данное направление, находящееся на стыке физики, биологии и медицины, получило высокое признание, войдя в число наиболее значимых научных достижений Латвии за последний год.

Магнитотактические бактерии (МТБ) – это одноклеточные организмы, которые имеют встроенные в свою структуру крошечные магнитные кристаллы, часто состоящие из магнетита. Эти кристаллы функционируют как миниатюрная компасная иголка. Благодаря этому механизму бактерия способна ощущать линии магнитного поля Земли и ориентироваться по ним, что помогает ей быстрее достигать оптимальных для жизни условий в водной среде.

Открытие в Балтийском море: местные образцы вместо импорта

Уникальность работы латвийских исследователей заключается не только в методологии, но и в объекте изучения. В то время как в мире МТБ изучаются с 1970-х годов, в Латвии до недавнего времени работа велась исключительно с завозными, лабораторно выращенными культурами. Однако команде ЛУ, в которую входят, например, научный ассистент Мара Шмите и магистрант Паула Бисенце, удалось совершить значимое открытие, подтвердив существование этих бактерий в естественной природе страны.

«Самое большое мастерство — это извлечь эти бактерии. Я уверен, что биологи в Доме Природы много раз брали пробы с магнитотактическими бактериями, но извлечь их и понять, что это именно они — в этом заключается мастерство», — комментировал достижение доцент ФМФО ЛУ Гунтарс Китебергс, выражая удовлетворение работой коллег.

Первый подтвержденный образец МТБ был обнаружен в пробах воды, взятых в устье реки Лиелупе. Впоследствии исследователи обнаружили их даже в водах Балтийского моря и реки Огре, что открывает новые горизонты для изучения местных штаммов. В настоящее время ученые сталкиваются с задачей адаптации — «у каждой бактерии свой рецепт, как ее выращивать, какие питательные вещества ей нужны, что она ест, чем дышит. Мы пока не знаем, что нравится латвийской бактерии, поэтому пока держим ее в банке с образцом», объясняла Мара Шмите.

Новые методы для управления микробным движением

Ключевым аспектом исследований является разработка новых методов для точного распознавания и, главное, управления этими бактериями. Поскольку МТБ реагируют на внешнее магнитное поле, исследователи могут диктовать им направление движения, изменяя параметры поля. Профессор ЛУ Андрей Цеберс указал, что в активных средах существуют специфические напряжения, вызывающие движение среды, и ученые изучают, как эти напряжения влияют на суспензию бактерий, вызывая, например, движение под давлением или образование вихрей.

Используя микроскопы, оборудованные специальными катушками для создания внешнего магнитного поля, команда ЛУ может не только заставить колонии бактерий двигаться в желаемом направлении, но и заставить их вращаться, меняя частоту поля. Это уже не просто наблюдение, а активное взаимодействие с живой материей. Подобные исследования с использованием 3D-печатных элементов, например, для создания управляемых структур из частиц, демонстрируют практическое применение физических принципов.

От моделирования к нанороботам и целевой доставке лекарств

Долгосрочная цель этих фундаментальных изысканий — использование управляемых МТБ в биомедицине. В глобальном контексте магнитотактические бактерии рассматриваются как идеальная естественная платформа для конструирования нанороботов.

Самое очевидное применение — это целевая доставка лекарств. Микроробот, основанный на бактерии, мог бы быть направлен точно к пораженному органу или опухоли в теле человека, что значительно повысило бы эффективность терапии и снизило бы побочные эффекты. В Канаде, например, уже анонсированы медицинские исследования с использованием модифицированных МТБ для нового типа терапии рака, запланированные на 2023 год. Лаборатория магнитных мягких материалов Латвийского университета, работая в области моделирования и исследования магнитных активных сред, стремится обеспечить теоретическую и экспериментальную базу для подобных будущих разработок.

Таким образом, работа в Риге не просто фиксирует наличие уникальной жизни в местных водоемах, но и переводит ее изучение на уровень прикладной инженерии. Изучая, как природа решила проблему микроскопического движения и ориентации, латвийские ученые прокладывают путь к созданию биосовместимых систем доставки и точной медицины будущего, как и было анонсировано в материалах LTV.