¿Qué hacen las bacterias magnéticas para relajarse?
Investigadores del ICFO han realizado las primeras mediciones de precisión del campo magnético producido por bacterias magnetotácticas cuando pierden su orientación (se relajan) después de haber sido polarizadas en un campo magnético intenso. El equipo observó pequeñas pero significativas desviaciones respecto al decaimiento exponencial ideal, lo que implica que algunas bacterias tienen más dificultades para relajarse que otras. Los resultados se han presentado en EPJ Quantum Technology.
Magnetospirillum gryphiswaldense es un tipo especial de bacteria. En el interior de su cuerpo, cultiva nanocristales magnéticos organizados en una cadena lineal, formando un pequeño pero potente imán. En un campo magnético, como el de la Tierra, todas las bacterias se alinean con el campo igual que una aguja de brújula magnética; una propiedad que les ayuda a navegar por el espacio y encontrar alimento. Por esta razón, M. gryphiswaldense y sus parientes se conocen como bacterias magnetotácticas. Debido a estos nanoimanes, una suspensión de bacterias es también un material fuertemente magnético: al aplicar un campo de baja intensidad, el material se polariza a medida que gran parte de los pequeños imanes se alinea.
Ahora, los investigadores del ICFO María Hernández Ruiz, el Dr. Christopher Kiehl y el Dr. Vito Giovanni Lucivero, liderados por el Prof. ICREA Morgan W. Mitchell, presentan un magnetómetro bombeado ópticamente (un sensor de campo magnético) que puede medir con precisión cómo las bacterias se alinean con un campo aplicado y cómo pierden esa alineación (cómo se relajan) cuando el campo se apaga. Utilizando el sensor de precisión, el equipo observó que la relajación es casi, pero no exactamente, exponencial; un resultado que fue predicho por la teoría pero que nunca se había observado. Además, la forma exacta de la relajación mostró que una fracción de las bacterias se relajaba más lentamente que otras.
El experimento consistió en aplicar un campo magnético constante a una población de MSR-1 (una bacteria magnetotáctica muy estudiada), haciendo que las bacterias se orientaran en esa dirección. Luego, se aplicó durante tres segundos un campo magnético mucho más intenso, perpendicular al original. En consecuencia, las bacterias perdieron su orientación previa, desplazándose hacia el nuevo campo. Cuando el campo intenso se apagó y solo quedó el campo constante de fondo, las bacterias quedaron libres para reorientarse, y sus señales magnéticas se "relajaron" espontáneamente hacia el equilibrio.
El OPM (magnetómetro bombeado ópticamente), que utilizaba un vapor de átomos de rubidio para detectar el campo, midió con precisión cómo cambiaban estas débiles señales magnéticas tras la eliminación del campo intenso. La relajación general debería asemejarse a una aproximación exponencial a un valor estable. Sin embargo, los investigadores no observaron exactamente eso y, en cambio, vieron pequeñas desviaciones cuantificables respecto al decaimiento exponencial ideal. Estas diferencias sutiles probablemente indican que las bacterias individuales dentro de la población tienen diferentes tasas de relajación, en lugar de ser perfectamente homogéneas.
"Que sepamos, esta es la primera vez que se observan directamente tales inhomogeneidades magnéticas y desviaciones en la relajación", comenta el Prof. Morgan Mitchell, supervisor del estudio. "Para este experimento de prueba de concepto, trabajamos con bacterias que no estaban vivas, para mantener las cosas simples. Será muy interesante ver cómo estos resultados cambian cuando se usen bacterias vivas que naden en un campo magnético", añade la investigadora principal María Hernández Ruiz.
Además, se demostró que el OPM funciona eficientemente con muestras opacas y en presencia de dispersión de luz, dos condiciones que normalmente dificultan las técnicas ópticas tradicionales.
En conjunto, estos resultados resaltan la capacidad de los magnetómetros atómicos compactos para tomar imágenes y cuantificar propiedades magnéticas en muestras biológicas, posicionándolos como alternativas prometedoras para dicha investigación. Así, el estudio marca un avance clave hacia la comprensión del comportamiento magnético de las bacterias magnetotácticas, un tema de investigación fundamental en biofísica que, a largo plazo, podría posibilitar la terapia dirigida contra tumores y otras aplicaciones biomédicas.
Referencia:
Hernández Ruiz, M., Kiehl, C., Lucivero, V.G. et al. Magnetotactic bacterial populations studied with a Pound-Drever-Hall atomic magnetometer. EPJ Quantum Technol. 13, 45 (2026).
DOI: https://doi.org/10.1140/epjqt/s40507-026-00487-x
Agradecimientos:
This work has been supported by European Commission projects Field-SEER (ERC 101097313), OPMMEG (101099379) and QUANTIFY (101135931); Spanish Ministry of Science MCIN projects SAPONARIA (PID2021-123813NB-I00), SALVIA (PID2024-158479NB-I00), and MARICHAS (PID2021-126059OA-I00), “NextGenerationEU/PRTR.” (Grant FJC2021-047840-I) and “Severo Ochoa” Center of Excellence CEX2019-000910-S; Generalitat de Catalunya through the CERCA program, DURSI grant No. 2021 SGR 01453 and QSENSE (GOV/51/2022). Fundació Privada Cellex; Fundació Mir-Puig. MHR acknowledges support from Ayuda PRE2021-098880 financiada por MCIN/AEI/ 10.13039/501100011033 y por el FSE+. VGL acknowledges financial support from European Union NextGenerationEU PNRR MUR project MAPPIQS, NQSTI Spoke 9 - CUP E63C22002180006 and from the Italian Ministry of University and Research (MUR) projects “Rita Levi Moltancini”—Bando 2021, AQUSENS and “Budget MIUR - Dipartimenti di Eccellenza 2023 - 2027” (Law 232, 11 December 2016) - Quantum Sensing and Modelling for One-Health (QuaSiModO). The funding bod(ies) had no role in design of the study and collection, analysis, and interpretation of data and in writing the manuscript.