До тех пор, пока Антони ван Левенгук впервые не открыл бактерии в 1676 году, у нас даже не было названия для этих крошечных микробов. Вирусы, которые на порядок меньше бактерий и требуют еще более мощных микроскопов для наблюдения, не были открыты до 1892 года, когда Дмитрий Ивановский выделил вирус табачной мозаики. Представьте себе всеобщее удивление, когда ученые недавно обнаружили бактерию, настолько большую, что ее можно увидеть невооруженным глазом.
Thiomargarita magnifica — она просто огромна!
Эта гигантская нитевидная бактерия, родом из карибских мангровых зарослей, может достигать 2 сантиметров в длину, размером с муху. Он примерно в 5000 раз больше, чем большинство других микробов, что расширяет границы того, что мы считали биологически возможным для одноклеточного организма.
Thiomargarita magnifica рядом с десятицентовиком для масштаба. Кредит: видео захват экрана.
Недавно обнаруженный организм, названный Thiomargarita magnifica международной группой исследователей, в которую входили ученые из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли в США и CNRS во Франции, превосходит другие так называемые «гигантские бактерии» примерно в 50 раз.
«Слишком часто бактерии представляются маленькими, простыми, «неразвитыми» формами жизни — так называемыми «белковыми мешками», — говорит Крис Грининг, микробиолог из Университета Монаша в Клейтоне, не участвовавший в исследовании. рассказала Наука . «Но эта бактерия показывает, что это не может быть намного дальше от истины».
В чем секрет?
Секрет огромных размеров T. magnifica может заключаться в совершенно нетипичном расположении генетического материала. Бактерии и другие одноклеточные микробы, называемые археями, классифицируются как прокариоты, а многоклеточные организмы, такие как деревья и люди, классифицируются как эукариоты. Одно из определяющих различий между ними заключается в том, что у прокариот ДНК свободно плавает, а эукариоты упаковывают свой генетический код в ядро.
Однако T. magnifica стирает границы между эукариотами и прокариотами, потому что ее огромный геном не плавает внутри клетки, как у других бактерий. Вместо этого он заключен в мембрану. Когда исследователи секвенировали геном, они были поражены его размером: 11 миллионов оснований образуют 11 000 генов. Для сравнения, у вашей заурядной бактерии всего около 4 миллионов оснований и около 3900 генов.
«Важно то, что мы показываем, что филаменты Thiomargarita сантиметровой длины представляют собой отдельные клетки с генетическим материалом и рибосомами, разделенными на мембранные органеллы нового типа. Секвенирование и анализ геномов пяти отдельных клеток позволили получить представление о различных механизмах клеточного деления и удлинения клеток», — написали исследователи в статье, опубликованной на сервере препринтов bioRxiv . Выводы еще не прошли рецензирование.
Эти экстраординарные открытия предполагают, что две основные ветви жизни в конце концов не так уж и различаются, и T. magnifica может быть недостающим звеном, объясняющим, как сложная жизнь развилась из самых примитивных одноклеточных организмов более миллиарда лет назад.
ДНК гигантской бактерии заключена в мешок, встроенный в ее мембрану. У него есть еще один мембранный мешок гораздо большего размера, который заполнен водой и занимает 73% объема микроба. Этот внешний мешок позволяет организму расти настолько большим, сохраняя его основные органеллы упакованными в небольшом пространстве, чтобы облегчить диффузию молекул в микроб и из него.
«Эти уникальные клеточные особенности, вероятно, позволяют организму вырасти до необычно больших размеров и обойти некоторые биофизические и биоэнергетические ограничения роста», — сказали исследователи, которые сравнили T. magnifica с другими микробами, называемыми большими серными бактериями, которые образуют очень длинные нити, длина которых может достигать нескольких сантиметров. Однако, в отличие от T. magnifica , эти серобактерии состоят из тысяч отдельных клеток, каждая из которых не превышает 200 микрометров.
Исследователи Калифорнийского университета в Ирвине создают технологию мониторинга воды на основе кишечной палочки.
Происхождение сложной жизни — один из самых важных, но нерешенных вопросов биологии. Большинство бактерий крошечные и тусклые, но некоторые из них сложны и имеют инновационный биологический механизм. T. magnifica является ярким примером последнего с его большим геномом, гигантским размером клетки и неслыханной компартментализацией генетического материала в его мембране.
« T. magnifica дополняет список бактерий, эволюционировавших на более высокий уровень сложности. Это первая и единственная известная на сегодняшний день бактерия, которая однозначно разделяет свой генетический материал в мембраносвязанных органеллах на манер эукариот и, следовательно, бросает вызов нашему представлению о бактериальной клетке», — пишут исследователи.
