Открытие было сделано в необычном месте.
Фото PxHere.
Обнаруженная бактерия в сравнении с другими организмами.
Иллюстрация Volland et al./bioRxiv, 2022.
Мы привыкли думать, что микробы – это нечто невидимое глазу, и их можно разглядеть только в микроскоп. Но это совершенно не соответствует действительности в случае бактерии Thiomargarita magnifica, которую учёные нашли в мангровых лесах Карибского бассейна.
Единственная нитевидная клетка этого удивительного организма может вырастать до длины два сантиметра (больше некоторых мух и червей!). Она примерно в 5000 раз больше, чем большинство микробов планеты.
Более того, у этого гиганта в мире микроорганизмов огромный геном, который к тому же не свободно плавает внутри клетки, как у других бактерий, а вместо этого заключён в мембрану — новшество, характерное для гораздо более сложных клеток, таких как клетки человеческого организма.
Открытие было сделано учёными из Франции и США.
"Когда дело доходит до бактерий, я никогда не говорю "никогда", но эта [бактерия] точно в 10 раз превышает то, что мы считали верхним пределом [размера]", ‒ восхищается Верена Карвалью (Verena Carvalho), микробиолог из Массачусетского университета в Амхерсте.
Это открытие "фантастическое и поучительное", считает Виктор Низе (Victor Nizet), учёный из Калифорнийского университета в Сан-Диего, изучающий инфекционные заболевания. Обычно такие как Низе в ходе своих исследований заражают бактериями модельные организмы, такие как плодовые мушки и черви-нематоды. Но T. magnifica больше них.
Поучительным Низе называет открытие ещё и потому, что меняет наше представление о том, насколько большими и сложными могут стать микробы. Эта бактерия вполне может оказаться "недостающим звеном в эволюции сложных клеток".
Поясним, что исследователи уже давно разделили формы жизни на две большие группы (домена): прокариоты и эукариоты.
К прокариотам относятся бактерии и одноклеточные микроорганизмы, известные как археи. К эукариотам причисляют все остальные организмы: от дрожжей (грибков) до большинства форм многоклеточной жизни, включая человека.
Ключевое отличие прокариот от эукариот в том, что у первых ДНК свободно плавает по всей клетке. Эукариоты же прячут свою ДНК в ядро клетки.
Эукариоты также имеют более сложное содержимое клетки: в них встречаются "рабочие элементы" (органеллы клетки), выполняющие разные функции, которые также производят и обмениваются самыми разными молекулами на благо выживания клетки. Прокариоты же не способны на такие сложности.
Но недавно обнаруженный микроб стирает грань между прокариотами и эукариотами. "Это суперкрутая история", ‒ делится Петра Левин (Petra Levin), микробиолог из Вашингтонского университета в Сент-Луисе.
С чего же началось это выдающееся открытие? Около 10 лет назад Оливье Гро (Olivier Gros), морской биолог из Университета Французских Антильских островов в Пуэнт-а-Питр, наткнулся на странный организм. Он рос в виде тонких нитей на поверхности разлагающихся листьев мангровых лесов.
Только по прошествии пяти лет Гро и его коллеги поняли, что эти длинные нити являются бактериями. Собственно, и тогда, учёные не опознали, насколько особенными были эти микробы. Лишь недавно аспирант Жан-Мари Фолланд (Jean-Marie Volland) попытался охарактеризовать находку и пришёл к волнительным выводам.
Первое: нити эти не состоят из колоний клеток. Подобные образуют слизевики и сине-зеленые водоросли. Но Фолланд и коллеги использовали различные методы микроскопии и окрашивания и убедились, что нити T. magnifica состоят из одной клетки.
Второе: эта клетка носит внутри себя два мешочка из мембран, один из которых содержит всю ДНК клетки.
Фолланд называет этот мешочек органеллой. И это "большой новый шаг", который подразумевает, что две ветви жизни не так различны, как считалось ранее, поясняет Карвалью.
Кстати, второй огромный мешок, предположительно заполненный водой, не менее интересен для науки. Возможно, он определяет, как бактерия вырастает такой большой.
Раньше микробиологи считали, что бактерии должны быть маленькими, отчасти потому, что они "едят", "дышат" и избавляются от токсинов, отправляя молекулы из внешнего пространства во внутрь клетки и обратно. Однако эти молекулы не могут преодолевать слишком большое расстояние.
Затем, в 1999 году, у побережья Намибии исследователи обнаружили гигантского микроба размером примерно с маковое зернышко (750 микрометров) и назвали его Thiomargarita namibiensis. Как выяснилось позднее, он мог становиться настолько большим, потому что содержимое его клетки было прижато к внешней клеточной стенке гигантским наполненным водой и нитратами мешком.
Благодаря этому, молекулам было проще добраться во внешнее пространство, объясняет Карвалью, который также изучал этот микроб.
Ещё позже учёные обнаружили и более крупные бактерии, но их длинные нити состояли из нескольких клеток.
Как и микроорганизм, обнаруженный в Намибии, новая мангровая бактерия также имеет огромный мешок, предположительно состоящий из воды, который занимает 73% её общего объёма.
Это сходство, а также генетический анализ клетки заставили исследователей отнести находку к тому же роду, что и большинство других микробов-гигантов (Thiomargarita), и предложить новому виду название Thiomargarita magnifica.
Средний размер клеток T. magnifica, изученных Фолландом, составлял 9 000 микрометров. Но одна самая большая клетка достигала в длину двух сантиметров! Однако, по мнению Карвалью, и это не предел: если бактерию не топтать, не есть, не сдувать ветром и не смывать волной, то она вполне может вырасти до ещё больших размеров, уверен учёный.
Мы уже написали, что геном бактерии также огромен: 11 миллионов оснований кодируют около 11 тысяч чётко различимых генов. Как правило, бактериальные геномы содержат порядка четырёх миллионов оснований и около 3900 генов.
Правда, геном бактерии настолько велик, потому что в нём присутствует более 500 тысяч копий одних и тех же участков ДНК.
Статья авторов открытия вышла в виде препринта на сайте bioRxiv.org. Это означает, что сторонние эксперты пока не проводили независимую оценку результата учёных Франции и США.
Ранее учёные сообщали о том, как бактерии собрались в живой кристалл, о том, как сальмонелла прячет свой "хвост", а также о необычном микроорганизме, который научился управлять кальмаром. Также мы рассказывали о том, как у бактерий был найден новый механизм запоминания.
Больше удивительных новостей из мира науки и медицины вы найдёте в разделах "Наука" и "Медицина" на медиаплатформе "Смотрим".
