До тех пор, пока Антони ван Левенгук впервые не открыл бактерии в 1676 году, у человечества даже не было названия для этих крошечных микробов. Вирусы, которые на порядок меньше бактерий и для наблюдения за которыми требуются ещё более мощные микроскопы, не были открыты до 1892 года, когда Дмитрий Ивановский выделил вирус табачной мозаики (ВТМ).
Можно представить всеобщее удивление, когда учёные обнаружили бактерию настолько большую, что её можно увидеть невооруженным глазом.
Эта гигантская нитевидная бактерия, родом из карибских мангровых зарослей, может достигать 2 сантиметров в длину, размером с муху.
Она примерно в 5000 раз больше, чем большинство других микробов, что расширяет границы того, что считалось биологически возможным для одноклеточного организма. Недавно обнаруженный организм, названный Thiomargarita magnifica международной группой исследователей, в которую входили учёные из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли в США и CNRS во Франции, превосходит другие так называемые «гигантские бактерии» примерно в 50 раз.
«Слишком часто о бактериях думают как о маленьких, простых, «неразвитых» формах жизни», — сказал Крис Грининг, микробиолог из Университета Монаша в Клейтоне, не участвовавший в исследовании. «Но эта бактерия показывает, что такое восприятие далеко от истины».
Фото: 24smi.org
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 её огромный геном не плавает внутри клетки, как у других бактерий. Вместо этого он заключён в мембрану. Когда исследователи секвенировали геном, они были поражены его размером: 11 миллионов оснований образуют 11 000 генов. Для сравнения, у заурядной бактерии всего около 4 миллионов оснований и около 3900 генов.
«Важным является то, 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 понять, различные механизмы клеточного деления и удлинения клеток», — написали исследователи в статье, опубликованной на сервере препринтов bioRxiv. Выводы ещё не прошли рецензирование.
Эти экстраординарные открытия показывают, что две основные ветви жизни не так уж и 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.
Фото: 24smi.org
ДНК гигантской бактерии заключена в «мешок», встроенный в её мембрану. У него есть ещё один мембранный «мешок» гораздо большего размера, который заполнен водой и занимает 73% объема микроба. Этот внешний мешок позволяет организму достигать настолько больших размеров, сохраняя при этом 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, образующими очень длинные цепи, длина которых может достигать нескольких сантиметров. Однако, в отличие от T. magnifica, эти серные бактерии состоят из тысяч отдельных клеток, каждая из которых не превышает 200 микрометров.
Происхождение сложной жизни — один из самых важных, но нерешённых вопросов биологии.
Большинство бактерий крошечные и непримечательные, но некоторые из них сложны и имеют инновационный биологический механизм.
T. magnifica является ярким примером последнего с её большим геномом, гигантским размером клетки и неслыханной компартментализацией генетического материала в мембране. «Т. magnifica дополняет список бактерий, развившихся на более высоком уровне сложности. Это первая и единственная бактерия, известная на сегодняшний день, которая однозначно разделяёт свой генетический материал в мембраносвязанных органеллах наподобие эукариот, и поэтому бросает вызов нашему представлению о бактериальной клетке», — отмечают учёные.