Бактерій звикли вважати мікроскопічними організмами, яких не видно неозброєним оком, але група науковців зі США та Франції описала новий вид бактерій, у яких довжина клітини сягає до двох сантиметрів. Окрім величини, бактерія вирізнилася складністю будови із генетичним матеріалом, оточеним мембраною, та незвичайно великою кількістю копій геному. Своє відкриття вчені описали у препринті на сайті bioRxiv.
Бактерія Thiomargarita magnifica. Volland et al. / bioRxiv, 2022
Оновлено: у червні 2022 року статтю опублікували в журналі Science.
Наскільки великі бактерії?
Бактерії є одними із найчисленніших груп організмів на Землі, однак їхнє різноманіття ще далеке від повного розуміння. Хоча наразі описано близько 30 тисяч видів цих істот, припускають, що насправді це лише мізерна частина від загальної їх кількості. Ретельно дослідити бактерій можливо лише у випадку, якщо їх культивувати, тобто розмножити у лабораторних умовах в достатній кількості. Але зробити це вдається не з усіма, оскільки багато з них дуже вимогливі до умов середовища, які відтворити штучно складно. Але з того, що вже відомо про бактерій, це те, що вони переважно мікроскопічного розміру, у середньому — 2 мікрометри. Найбільші з них досягають лише близько десятків, або у виняткових випадках сотень мікрометрів. Між тим, група науковців зі США та Франції запевняє, що виявила абсолютного рекордсмена серед відомих бактерій, розміри якого в 50 разів перевищують розміри найбільших із раніше відомих видів бактерій.
Що за бактерію описали і де її знайшли?
Новий вид бактерії виявили прикріпленим до листка червоного мангру (Rhizophora mangle) в прибережних водах Гваделупи. Він виявився приналежним до роду Thiomargarita, який представлений гамма-протеобактеріями, що окиснюють сірку. До нього вже входить інший гігантський вид довгих бактерій, Thiomargarita namibiensis, який може сягати 750 мікрометрів. Нова бактерія теж має видовжену форму, яка поступово звужується до кінця та формує 1-4 бруньки, що є окремими дочірніми клітинами розміром близько 0,21 міліметра. Але загалом новий вид має безпрецедентну довжину у 9,7 ± 4,25 міліметра, що більше за деяких видів комах та навіть вдесятеро більше за найменших равликів. Однак деякі з них досягали й 20 міліметрів. За це новий вид вирішили назвати Thiomargarita magnifica, де видова назва означає «велична».
Чим ще особлива бактерія?
Дослідження будови T. magnifica показало, що її ДНК сконцентрована у гранули, оточені мембраною. Це цікаво, тому що для бактерій характерним є відсутність ядерної оболонки та розташування генетичного матеріалу у регіоні клітини, що фізично не відокремлений від цитоплазми. Окрім того, структура містила схожі на рибосоми утворення, розміром 10-20 нанометрів.
Як і інші гігантські бактерії, T. magnifica виявилася поліплоїдною. Це означає, що в ній містяться копії геному, що допомагає їй зростати великою і підтримувати молекулярні процеси крізь усю клітину. Але якщо в її родичів наявні кілька сотень або тисяч копій, то у T. magnifica їх приблизно 36 880 на міліметр довжини. Тобто бактерія довжиною два сантиметри може мати десь 737 600 копій геному. Це більше, ніж коли-небудь виявляли в одній клітині. Незвичайно великою виявилася і кількість генів — близько 12 000, тоді як в родичів T. magnifica генів приблизно 4 000. Велика частка їх забезпечувала функції окиснення сірки та фіксації вуглецю, через що автори припускають, що бактерія є хемоавтотрофом. Інші гени кодували білки, які сприяють видовженню клітини, але генів клітинного поділу не вистачало. Можливо, цим і пояснюється надмірна видовженість бактерії.
Мікроскопія нового виду бактерії. А. Клітини на листкові мангру. В-D. Демонстрація брунькування бактерії. Е. Ділянка листка з відділеними дочірніми клітинами бактерії різного розміру. F-G. Те ж зі збільшенням. Volland et al. / bioRxiv, 2022
У багатьох видів бактерій спостерігається ускладнення будови, але схоже, що T. magnifica перевершила їх усіх гігантським розміром, величезним геномом із множинними копіями та структуруванням генетичного матеріалу. Це змушує переглянути уявлення про бактеріальні клітини та їхню відмінність від еукаріотичних клітин, вважають автори.