@phdthesis{KianiAlibagheri2017,
  author    = {Kiani Alibagheri, Bahareh},
  title     = {On structural properties of magnetosome chains},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-398849},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {XIV, 117},
  year      = {2017},
  abstract  = {Magnetotaktische Bakterien besitzen eine intrazellul{\"a}re Struktur, die Magnetosomenkette genannt wird. Magnetosomenketten enthalten Nanopartikel von Eisenkristallen, die von einer Membran umschlossen und entlang eines Zytoskelettfilaments ausgerichtet sind. Dank der Magnetosomenkette ist es magnetotaktischen Bakterien m{\"o}glich sich in Magnetfeldern auszurichten und entlang magnetischer Feldlinien zu schwimmen. Die ausf{\"u}hrliche Untersuchung der strukturellen Eigenschaften der Magnetosomenkette in magnetotaktischen Bakterien sind von grundlegendem wissenschaftlichen Interesse, weil sie Einblicke in die Anordnung des Zytoskeletts von Bakterien erlauben. In dieser Studie haben wir ein neues theoretisches Modell entwickelt, dass sich dazu eignet, die strukturellen Eigenschaften der Magnetosomenketten in magnetotaktischen Bakterien zu erforschen. Zuerst wenden wir uns der Biegesteifigkeit von Magnetosomenketten zu, die von zwei Faktoren beeinflusst wird: Die magnetische Wechselwirkung der Magnetosomenpartikel und der Biegesteifigkeit des Zytoskelettfilaments auf welchem die Magnetosome verankert sind. Unsere Analyse zeigt, dass sich die lineare Konfiguration von Magnetosomenpartikeln ohne die Stabilisierung durch das Zytoskelett zu einer ring{\"o}rmigen Struktur biegen w{\"u}rde, die kein magnetisches Moment aufweist und daher nicht die Funktion eines Kompass in der zellul{\"a}ren Navigation einnehmen k{\"o}nnte. Wir schlussfolgern, dass das Zytoskelettfilament eine stabilisierende Wirkung auf die lineare Konfiguration hat und eine ringf{\"o}rmige Anordnung verhindert. Wir untersuchen weiter die Gleichgewichtskonfiguration der Magnetosomenpartikel in einer linearen Kette und in einer geschlossenen ringf{\"o}rmigen Struktur. Dabei beobachteten wir ebenfalls, dass f{\"u}r eine stabile lineare Anordnung eine Bindung an ein Zytoskelettfilament notwendig ist. In einem externen magnetischen Feld wird die Stabilit{\"a}t der Magnetosomenketten durch die Dipol-Dipol-Wechselwirkung, {\"u}ber die Steifheit und die Bindungsenergie der Proteinstruktur, die die Partikel des Magnetosomen mit dem Filament verbinden, erreicht. Durch Beobachtungen w{\"a}hrend und nach der Behandlung einer Magnetosomenkette mit einem externen magnetischen Feld, l{\"a}sst sich begr{\"u}nden, dass die Stabilisierung von Magnetosomenketten durch Zytoskelettfilamente {\"u}ber proteinhaltige Bindeglieder und die dynamischen Eigenschaften dieser Strukturen realisiert wird. Abschließend wenden wir unser Modell bei der Untersuchung von ferromagnetischen Resonanz-Spektren von Magnetosomenketten in einzelnen Zellen von magnetotaktischen Bakterien an. Wir erforschen den Effekt der magnetokristallinen Anistropie in ihrer dreifach-Symmetrie, die in ferromagnetischen Ressonanz Spektren beobachtet wurden und die Besonderheit von verschiedenen Spektren, die bei Mutanten dieser Bakterien auftreten.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Olszewska2015,
  author    = {Olszewska, Agata},
  title     = {Forming magnetic chain with the help of biological organisms},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-89767},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {101},
  year      = {2015},
  abstract  = {Magnetite nanoparticles and their assembly comprise a new area of development for new technologies. The magnetic particles can interact and assemble in chains or networks. Magnetotactic bacteria are one of the most interesting microorganisms, in which the assembly of nanoparticles occurs. These microorganisms are a heterogeneous group of gram negative prokaryotes, which all show the production of special magnetic organelles called magnetosomes, consisting of a magnetic nanoparticle, either magnetite (Fe3O4) or greigite (Fe3S4), embedded in a membrane. The chain is assembled along an actin-like scaffold made of MamK protein, which makes the magnetosomes to arrange in mechanically stable chains. The chains work as a compass needle in order to allow cells to orient and swim along the magnetic field of the Earth. The formation of magnetosomes is known to be controlled at the molecular level. The physico-chemical conditions of the surrounding environment also influence biomineralization. The work presented in this manuscript aims to understand how such external conditions, in particular the extracellular oxidation reduction potential (ORP) influence magnetite formation in the strain Magnetospirillum magneticum AMB-1. A controlled cultivation of the microorganism was developed in a bioreactor and the formation of magnetosomes was characterized. Different techniques have been applied in order to characterize the amount of iron taken up by the bacteria and in consequence the size of magnetosomes produced at different ORP conditions. By comparison of iron uptake, morphology of bacteria, size and amount of magnetosomes per cell at different ORP, the formation of magnetosomes was inhibited at ORP 0 mV, whereas reduced conditions, ORP - 500 mV facilitate biomineralization process. Self-assembly of magnetosomes occurring in magnetotactic bacteria became an inspiration to learn from nature and to construct nanoparticles assemblies by using the bacteriophage M13 as a template. The M13 bacteriophage is an 800 nm long filament with encapsulated single-stranded DNA that has been recently used as a scaffold for nanoparticle assembly. I constructed two types of assemblies based on bacteriophages and magnetic nanoparticles. A chain - like assembly was first formed where magnetite nanoparticles are attached along the phage filament. A sperm - like construct was also built with a magnetic head and a tail formed by phage filament. The controlled assembly of magnetite nanoparticles on the phage template was possible due to two different mechanism of nanoparticle assembly. The first one was based on the electrostatic interactions between positively charged polyethylenimine coated magnetite nanoparticles and negatively charged phages. The second phage -nanoparticle assembly was achieved by bioengineered recognition sites. A mCherry protein is displayed on the phage and is was used as a linker to a red binding nanobody (RBP) that is fused to the one of the proteins surrounding the magnetite crystal of a magnetosome. Both assemblies were actuated in water by an external magnetic field showing their swimming behavior and potentially enabling further usage of such structures for medical applications. The speed of the phage - nanoparticles assemblies are relatively slow when compared to those of microswimmers previously published. However, only the largest phage-magnetite assemblies could be imaged and it is therefore still unclear how fast these structures can be in their smaller version.},
  language  = {en}
}