Пока Антони ван Левенгук в 1676 году впервые не открыл бактерии, не было даже определения для этих крошечных микробов. Вирусы, которые на порядок меньше бактерий и требуют еще более мощных микроскопов для наблюдения, были открыты только в 1892 году, когда Дмитрий Ивановский впервые обнаружил вирус табачной мозаики. Представьте себе всеобщее удивление, когда недавно ученые обнаружили бактерию такого размера, что ее можно увидеть невооруженным глазом.
Исследователи обнаружили самую большую из когда-либо обнаруженных бактерий (на фото не представлена). Depositphotos
Эта гигантская нитевидная бактерия, обитающая в мангровых зарослях Карибского бассейна, может вырастать до 2 сантиметров в длину, что соответствует размеру мухи. Она примерно в 5 000 раз крупнее большинства прочих бактерий, что значительно раздвигает наши представления о биологической природе одноклеточных организмов.
Международная группа исследователей, в которую вошли ученые из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли в США, CNRS во Франции, назвала новый организм Thiomargarita magnifica, и он превосходит другие так называемые "гигантские бактерии" примерно в 50 раз.
"Слишком часто бактерии считаются маленькими, простыми, "не развитыми" формами жизни - так называемыми " белковыми мешками", - сказал в интервью Science Крис Грининг, микробиолог из Университета Монаша в Клейтоне, который не принимал участия в исследовании. "Но данная бактерия показала, что это утверждение далеко от истины".
Thiomargarita magnifica рядом с десятицентовой монеткой для сравнения. Credit: video screen capture.
Секрет огромных размеров T. magnifica может заключаться в расположении ее генетического материала, что совершенно нетипично. Бактерии и другие одноклеточные микробы, называемые археями, относятся к прокариотам, а многоклеточные организмы, такие как, например, деревья или люди, - к эукариотам. Одно из определяющих различий между ними заключается в том, что прокариоты имеют свободно плавающую ДНК, в то время как эукариоты упаковывают свой генетический код в ядро.
Однако T. magnifica стирает границы между эукариотами и прокариотами, потому что ее огромный геном не находится в свободном плавании внутри клетки, как у других бактерий. Вместо этого он заключен в мембрану. Когда исследователи секвенировали геном, они были поражены его размерами: 11 миллионов базовых фрагментов, выстроенных в цепочку, формируют около 11 000 генов. Для сравнения, у обычных бактерий всего 4 миллиона базовых фрагментов и около 3 900 генов.
"Особенно важно то, что сантиметровые нити Thiomargarita представляют собой отдельные клетки с генетическим материалом и рибосомами, объединенными в новый тип мембранно-связанных органелл". Секвенирование и анализ геномов из пяти отдельных клеток позволили понять различные механизмы деления и удлинения клеток", - пишут исследователи в статье, опубликованной на сервере препринтов bioRxiv. Результаты исследования еще не прошли рецензирование.
Эти необычные находки позволяют предположить, что две основные ветви жизни не так уж сильно отличаются друг от друга - и T. magnifica может быть недостающим звеном, объясняющим, как сложная жизнь развилась из самых примитивных одноклеточных организмов более миллиарда лет назад.
ДНК этой гигантской бактерии заключена в мешочек, встроенный в мембрану. Кроме того, у нее есть еще один гораздо более крупный мембранный "сосуд", который заполнен водой и занимает 73% объема микроорганизма. Этот внешний мешок и обеспечивает организму такой большой рост, сохраняя при этом его, основные органеллы в небольшом пространстве, что облегчает диффузию молекул внутри и снаружи микроба.
"Эти уникальные клеточные особенности, вероятно, позволяют организму вырасти до необычно больших размеров и обойти некоторые биофизические и биоэнергетические ограничения роста", - говорят исследователи, которые сравнили T. magnifica с другими микробами, известными, как Sulfur Bacteria (серная бактерия), образующими очень длинные нити, способные достигать нескольких сантиметров в длину. Однако, в отличие от T. magnifica, серные бактерии состоят из тысяч отдельных клеток, размер каждой из которых не превышает 200 микрометров.
Происхождение сложных форм жизни - один из самых важных вопросов в биологии, на который пока нет ответа. Большинство бактерий очень малы и неинтересные в плане изучения, но некоторые из них достаточно сложны и обладают инновационным биологическим механизмом. T. magnifica - яркий пример последнего, с ее большим геномом, гигантскими размерами клетки и неслыханной компартментализацией генетического материала в ее мембране.
"T. magnifica пополняет список бактерий, эволюционировавших на более высокий уровень сложности. Это первая и единственная известная на сегодняшний день бактерия, которая однозначно разделяет свой генетический материал в мембранно-связанных органеллах по примеру эукариот и, следовательно, бросает вызов нашей концепции бактериальной клетки", - пишут исследователи.
Источники:
https://www.science.org/content/article/largest-bacterium-ever-discovered-has-unexpectedly-complex-cells
