Magnetotactic bacteria (MTB) migrate in complex porous sediments where fluid flow is ubiquitous. Here, we demonstrate that magnetotaxis enables MTB to migrate effectively through porous micromodels. Directed MTB can circumvent curved obstacles by traveling along the boundaries and pass flat obstacles by repeatedly switching between forward and backward runs. Magnetotaxis enables directed motion of MTB through heterogeneous porous media, overcoming tortuous flow fields with local velocities as high as 250 μm s−1. Our findings bring new insights into the migration behaviour of MTB in their natural habitats and their potential in vivo applications as microbiorobots.
References
1.
R.
Uebe
and D.
Schüler
, Nat. Rev. Microbiol.
14
, 621
(2016
).2.
J. W. E.
Fassbinder
, H.
Stanjekt
, and H.
Vali
, Nature
343
, 161
(1990
).3.
C.
Xu
, W.
Zhang
, H.
Pan
, H.
Du
, and T.
Xiao
, J. Soils Sediments
1
, 1
(2018
).4.
K.
Son
, D. R.
Brumley
, and R.
Stocker
, Nat. Rev. Microbiol.
13
, 761
(2015
).5.
A.
Persat
, C. D.
Nadell
, M. K.
Kim
, F.
Ingremeau
, A.
Siryaporn
, K.
Drescher
, N. S.
Wingreen
, B. L.
Bassler
, Z.
Gitai
, and H. A.
Stone
, Cell
161
, 988
(2015
).6.
R.
Rusconi
and R.
Stocker
, Curr. Opin. Microbiol.
25
, 1
(2015
).7.
W.
Lin
and Y.
Pan
, FEMS Microbiol. Lett.
302
, 85
(2010
).8.
D. A.
Bazylinski
and R. B.
Frankel
, Nat. Rev. Microbiol.
2
, 217
(2004
).9.
D.
Schüler
, Magnetoreception and Magnetosomes in Bacteria
(Springer
Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg
, 2007
).10.
D.
Faivre
and D.
Schüler
, Chem. Rev.
108
, 4875
(2008
).11.
R.
Blakemore
, Science
190
, 377
(1975
).12.
A. M.
Spormann
and R. S.
Wolfe
, FEMS Microbiol. Lett.
22
, 171
(1984
).13.
X.
Mao
, R.
Egli
, N.
Petersen
, M.
Hanzlik
, and X.
Zhao
, Geochem., Geophys. Geosyst.
15
, 255
(2014
).14.
S.
Da Zhang
, N.
Petersen
, W. J.
Zhang
, S.
Cargou
, J.
Ruan
, D.
Murat
, C. L.
Santini
, T.
Song
, T.
Kato
, P.
Notareschi
, Y.
Li
, K.
Namba
, A. M.
Gué
, and L. F.
Wu
, Environ. Microbiol. Rep.
6
, 14
(2014
).15.
X.
Mao
, R.
Egli
, N.
Petersen
, M.
Hanzlik
, and X.
Liu
, PLoS One
9
, e102810
(2014
).16.
J.
Liu
, W.
Zhang
, X.
Li
, X.
Li
, X.
Chen
, J.-H.
Li
, Z.
Teng
, C.
Xu
, C.-L.
Santini
, L.
Zhao
, Y.
Zhao
, H.
Zhang
, W.-J.
Zhang
, K.
Xu
, C.
Li
, Y.
Pan
, T.
Xiao
, H.
Pan
, and L.-F.
Wu
, Sci. Rep.
7
, 17964
(2017
).17.
N.
Waisbord
, C. T.
Lefèvre
, L.
Bocquet
, C.
Ybert
, and C.
Cottin-Bizonne
, Phys. Rev. Fluids
1
, 53203
(2016
).18.
L. M. M. M.
González
, W. C. C. C.
Ruder
, A. P. P. P.
Mitchell
, W. C. C. C.
Messner
, and P. R. R. R.
LeDuc
, ISME J.
9
, 1
(2014
).19.
O.
Felfoul
, M.
Mohammadi
, S.
Taherkhani
, D.
de Lanauze
, Y.
Zhong Xu
, D.
Loghin
, S.
Essa
, S.
Jancik
, D.
Houle
, M.
Lafleur
, L.
Gaboury
, M.
Tabrizian
, N.
Kaou
, M.
Atkin
, T.
Vuong
, G.
Batist
, N.
Beauchemin
, D.
Radzioch
, and S.
Martel
, Nat. Nanotechnol.
11
, 941
(2016
).20.
M. M.
Stanton
, B.-W.
Park
, D.
Vilela
, K.
Bente
, D.
Faivre
, M.
Sitti
, and S.
Sánchez
, ACS Nano
11
, 9968
(2017
).21.
S.
Rismani Yazdi
, R.
Nosrati
, C. A.
Stevens
, D.
Vogel
, P. L.
Davies
, and C.
Escobedo
, Small
14
, 1702982
(2018
).22.
S.
Rismani Yazdi
, A.
Shadmani
, S. C.
Bürgel
, P. M.
Misun
, A.
Hierlemann
, and O.
Frey
, Lab Chip
15
, 4138
(2015
).23.
L.
Eamer
, R.
Nosrati
, M.
Vollmer
, A.
Zini
, and D.
Sinton
, Biomicrofluidics
9
, 44113
(2015
).24.
C. A.
Schneider
, W. S.
Rasband
, and K. W.
Eliceiri
, Nat. Methods
9
, 671
(2012
).25.
R.
Nosrati
, A.
Driouchi
, C. M.
Yip
, and D.
Sinton
, Nat. Commun.
6
, 8703
(2015
).26.
V.
Kantsler
, J.
Dunkel
, M.
Polin
, and R. E.
Goldstein
, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.
110
, 1187
(2013
).27.
M.
Greenberg
, K.
Canter
, I.
Mahler
, and A.
Tornheim
, Biophys. J.
88
, 1496
(2005
).28.
D.
Murat
, M.
Hérisse
, L.
Espinosa
, A.
Bossa
, F.
Alberto
, and L. F.
Wu
, J. Bacteriol.
197
, 3275
(2015
).29.
R. P.
Blakemore
, D.
Maratea
, and R. S.
Wolfe
, J. Bacteriol.
140
, 720
(1979
).30.
D.
Faivre
, N.
Menguy
, M.
Pósfai
, and D.
Schüler
, Am. Miner.
93
, 463
(2008
).31.
S.
Klumpp
, B.
Kiani
, P.
Vach
, and D.
Faivre
, Phys. Scr.
T165
, 14044
(2015
).32.
J. S.
Paterson
, J. Pathol. Bacteriol.
48
, 25
(1939
).33.
A.
Berke
, L.
Turner
, H.
Berg
, and E.
Lauga
, Phys. Rev. Lett.
101
, 38102
(2008
).34.
G.
Li
and J. X.
Tang
, Phys. Rev. Lett.
103
, 78101
(2009
).35.
H.
Minagawa
, Y.
Nishikawa
, I.
Ikeda
, K.
Miyazaki
, N.
Takahara
, Y.
Sakamoto
, T.
Komai
, and H.
Nairta
, J. Geophys. Res. Solid Earth
113
, B07210
, (2008
).36.
T.
Yamamoto
and A.
Turgut
, J. Acoust. Soc. Am.
83
, 1744
(1988
).37.
J. R.
Nimmo
, Encyclopedia of Soils in the Environment
(Elsevier
, 2005
), pp. 295
–303
.38.
N.
Annabi
, J. W.
Nichol
, X.
Zhong
, C.
Ji
, S.
Koshy
, A.
Khademhosseini
, and F.
Dehghani
, Tissue Eng. Part B
16
, 371
(2010
).39.
R. M.
Ford
and R. W.
Harvey
, Adv. Water Resour.
30
, 1608
(2007
).40.
J. W.
Barton
and R. M.
Ford
, Biotechnol. Bioeng.
53
, 487
(1997
).41.
R.
Rusconi
, J. S.
Guasto
, and R.
Stocker
, Nat. Phys.
10
, 212
(2014
).42.
Marcos
, H. C.
Fu
, T. R.
Powers
, and R.
Stocker
, Proc. Natl. Acad. Sci.
109
, 4780
(2012
).© 2018 Author(s).
2018
Author(s)
You do not currently have access to this content.