Μαγνητοτακτικό Ενδοκυτταρικό Εργοστάσιο - Άγγελος Αντωνέλλης

Μαγνητοτακτικό Ενδοκυτταρικό Εργοστάσιο

Άγγελος Αντωνέλλης

Χωρίς μάτια και εγκέφαλο, κάποια βακτήρια έχουν κυριολεκτικά ενσωματωμένες κρυσταλλικές νανοπυξίδες, μεγέθους μερικών δισεκατομμυριοστών  του μέτρου!!!

Χάρις σ’αυτές τις νανοπυξίδες τους, αυτά, μπορούν να  πλοηγούνται επιτυχώς στις λίμνες και στις θάλασσες, για να φθάνουν στο σωστό για αυτά βάθος, ακολουθώντας  τη κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου της Γης. Το μαγνητικό πεδίο της Γης προέρχεται από το πυρήνα της, και  εκτείνεται  προς στο διάστημα
 
Tο μέγεθος των βακτηρίων αυτών,  σε μήκος είναι 2 μm, και 0.5 μm σε πλάτος, 100 φορές μικρότερο από το πάχος μιας ανθρώπινης τρίχας, (1μm =10 -6 m)
 
Τα υδρόβια αυτά βακτήρια ζουν σε τέτοια βάθη λιμνών και  ωκεανών του πλανήτη μας, όπου, η συγκέντρωση του  διαλελυμένου Οξυγόνου, είναι περιορισμένη (ημι-ανοξική), σε σχέση με την αντίστοιχη επιφανειακή.
 
Πρόσφατα αυτά τα βακτήρια, έχουν προσελκύσει το ενδιαφέρον πολλών ερευνητών επειδή οι μικροσκοπικοί  μαγνήτες που  συνθέτουν, είναι κατάλληλοι:
 
Α) στην Ιατρική για την αντιμετώπιση ασθενειών πχ . καρκίνου (Video) και,
 
Β) στη Πληροφορική, για αποθήκευση δεδομένων.
 
Για να κατασκευάσουν τις νανο-πυξίδες τους, τα βακτήρια  αυτά λαμβάνουν σίδηρο από το υγρό περιβάλλον τους, με  τη μορφή των οξειδίων σιδήρου πχ. (Fe2O3, Fe3O4) μαγνητίτη, που τον μεταφέρουν σε ειδικά ενδοκυτταρικά  διαμερίσματά τους, τα μαγνητοσώματα.
 
 Η επιλογή των οξειδίων του σιδήρου, και όχι άλλων μεταλλικών οξειδίων, είναι η πλέον κατάλληλη αφού, τα οξείδια του σιδήρου είναι, τα ποιο ισχυρά μαγνητικά ορυκτά που υπάρχουν στη Δημιουργία.
 
Κάθε μαγνητόσωμα είναι περίπου 100.000 φορές  μικρότερο από έναν κόκκο ρυζιού.!!!
 
Το κάθε μαγνητο-τακτικό βακτήριο περιέχει 10–20  μαγνητοσώματα, καθένα από τα οποία περιέχει ένα  μαγνητικό  νανο-σωματίδιο. (1 nano = 0,000000001m)
 
Έτσι τα  βακτήρια αυτά  μέσα σε κάθε ενδοκυτταρικό τους ‘’διαμέρισμα’’ αναπτύσουν έναν μικρό κρύσταλλο μαγνητίτη  ο οποίος  έχει τέλεια τρισδιάστατη οκταεδρική  δομή.!!!
 
Ωστόσο επειδή στο κάθε μαγνητόσωμα, ο κάθε νανο-μαγνήτης του,  είναι πολύ ασθενής, για να είναι χρήσιμος για το βακτήριο, τα βακτήρια αυτά ‘’τοποθετούν’’ τους μαγνητικούς τους κρυστάλλους ευθυγραμμισμένους   διαδοχικά σε αλυσίδα, τον ένα μετά τον άλλο,  σχηματίζονταςέτσι έναν ισχυρό μαγνήτη που λειτουργεί  ως  μια μικροσκοπική κινητή βελόνα πυξίδας.!!!
 
Είναι  αξιοσημείωτο ότι, το κάθε μαγνητοτακτικό βακτήριο  μπορεί να ‘’αισθάνεται’’ και πολύ ασθενή μαγνητικά πεδία  γης μέχρι και 0,5  Gauss, σε αντίθεση με τα 100 Gauss  ενός μαγνήτη ψυγείου.!!!
 
Έτσι αυτά, χρησιμοποιώντας τις κρυσταλλικές βιολογικές  νανο-πυξίδες τους, πλοηγούνται μέσα στο νερό, χρησιμοποιώντας το μαστίγιό τους,  για  να  φθάνουν στο  σωστό για αυτά βάθος, ακολουθώντας τη κατεύθυνση  του  μαγνητικού  πεδίου της Γης.
 
Αυτοί δε, οι μαγνήτες είναι τόσο αποτελεσματικοί,  που τα   βακτήρια είναι προσανατολισμένα στο μαγνητικό πεδίο της  γης, ακόμη και όταν αυτά είναι νεκρά!!!
 
Παράλληλα αυτά,  κινούμενα μόνο, προς τη κατεύθυνση   του μαγνητικού πεδίου της Γης, αποτρέπουν έτσι, τη   περιπλάνησή τους, στο τρισδάστατο σκοτεινό - υγρό  περιβάλλον τους.!!!
 
ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ
 
1)  στο τομέα της Πληροφορικής
 
Συστοιχίες νανο-μαγνητών θα μπορούσαν, να  αξιοποιηθούν, ώστε να αποθηκεύονται περισσότερα  δεδομένα σε μικρότερους χώρους .
 
Τα μαγνητοτακτικά βακτήρια κατασκευάζουν τις nano- πυξίδες τους, με τις ίδιες πάντα γεωμετρικές διαστάσεις  τους κάθε φορά.!!!
 
 Έτσι, χάρις στο ακριβές γεωμετρικό σχήμα τους  αλλά,  και   την ευθυγράμμισή τους, οι νανο-μαγνήτες είναι  εκπληκτικά   περιζήτητοι στο τομέα των Υπολογιστών, σε αντίθεση με τους μαγνήτες που κατασκευάζονται στα χημικά Εργαστήρια μας, που είναι, μίγμα διαφόρων σχημάτων και  μεγεθών.
 
2)  στη μεταφορά φαρμάκων, σε στοχευμένη περιοχή ή  όργανο ασθενούς
 
Πρόσφατες ερευνητικές ανακοινώσεις αναφέρουν σχετικά, τη χρήση μαγνητοτακτικών βακτηρίων, που περιέχουν φάρμακα, ως έξυπνων θεραπευτικών μεταφορέων, για  στοχευμένη χορήγηση φαρμάκου.
 
Το πλεονέκτημα της χρήσης αυτών των βακτηρίων, για τη χορήγηση φαρμάκου, είναι ότι μπορεί να χρησιμοποιηθεί   ένα εξωτερικό μαγνητικό πεδίο για να οδηγήσει τα  μαγνητοτακτικά  αυτά βακτήρια στο συγκεκριμένο στόχο , χωρίς να επηρεάσει άλλους μη στοχευμένους ιστούς (Video)
 

Αλυσίδα δώδεκα νανοσωματιδίων μαγνητίτη (Fe 3 O 4) που είναι διατεταγμένα κατά μήκος του μακρού άξονα του κυττάρου
 Η γραμμή κλίμακας παρέχεται στην κάτω δεξιά γωνία (200 nm),  1nm =0,000000001m
 
Καταληκτικά, καταθέτω και μερικά, σχετικά ερωτήματα:
 
Α) Πως αυτά τα μονοκύτταρα υδρόβια Βακτήρια, αναγνωρίζουν να επιλέγουν, από το πλήθος τόσων άλλων μεταλλικών  οξειδίων,  από το υγρό περιβάλλον τους,  μόνο,  τα  οξείδια του σιδήρου, και όχι, άλλα;;;  Γνωρίζουν ότι  αυτά, είναι τα ποιό  ισχυρά μαγνητικά μεταλλικά οξείδια;
 
Β) Πως κατορθώνουν τα Βακτήρια αυτά, να φτιάχνουν οκταεδρικούς νανο-κρυστάλλους;;; Έχουν μήπως τα  κατάλληλα γωνιόμετρα και τις μετρο-ταινίες για να   μετρούν τέτοια  μήκη, και γωνίες;;;
 
Γ) Γιατί να τοποθετούν τους νανοκρυστάλλους τους εξ αρχής σε γραμμική σειρά και μάλιστα και κατά τον επιμήκη άξονα του βακτηρίου, και όχι, τυχαία  διασκορπισμένους;;;;
 
Φίλοι  Επισκέπτες,
 
Ο Μέγας Βασίλειος εις την Εξαήμερον που συνέγραψε περί  το 370μΧ, γράφει σχετικά:
 
‘’... Ημίν δε ο χαρισάμενος διάνοιαν εκ  των  μικροτάτων της κτίσεως την μεγάλην του τεχνίτου σοφίαν  καταμανθάνειν, παράσχοι και εκ των μεγάλων, μείζονας   λαμβάνειν τας  εννοίας  του κτίσαντος. Καίτοιγε, συγκρίσει του ποιητού,  ήλιος και σελήνη εμπίδος (κώνωπος) και μύρμηκος  επέχουσιν λόγον. (Ημάς δε αυτός που μας εχάρισε διάνοιαν δια να βλέπωμεν από τα πολύ μικρά της κτίσεως την μεγάλην σοφίαν του τεχνίτου, είθε να μας αξιώση και από τα μεγάλα της κτίσεως να λάβωμεν μεγαλυτέραν ιδέαν περί του Κτίστου. Άν και τόσον ο ήλιος, όσον και η σελίνη εν συγκρίσει με τον Δημιουργόν είναι σαν μύρμηκες και κώνωπες.)
 
‘’Ου γαρ εστιν αξίαν του μεγέθους του Θεού των όλων, εκ  τούτων λαβείν την θεωρίαν, αλλά μικραίς τισι και   αμυδραίς εμφάσεσιν, δι΄αυτών προβιβασθήναι, ώσπερ και δι εκάστου των μικροτάτων εν ζώοις ή εν  βοτάνοις...’’!!!!  (Διότι δεν είναι δυνατόν από τα μεγέθη αυτά να σχηματίσωμεν αντίληψιν ανταξίαν του μεγέθους του Θεού των όλων, αλλά προαγόμεθα εις τούτο δια μέσου αυτών των πραγμάτων με  μικράς  και  αμυδράς  ενδείξεις, όπως προαγόμεθα και δι’ όλων των μικροτάτων ζώων ή φυτών.)