Ученые обнаружили самую большую в мире бактерию, которую можно увидеть невооруженным глазом

Самые большие известные в мире бактерии были обнаружены и описаны учеными. Каждая бактерия имеет длину более одного сантиметра и отличается сложной структурой, невиданной у бактерий ранее.

Наука узнала об этих микроорганизмах больше десяти лет назад. Тогда Оливье Гро, морской биолог из Университета Французских Антильских островов (город Пуэнт-а-Питр), сделал необычную находку в мангровых зарослях одного из островов Гваделупы в Карибском море. Ученый нашел на поверхности листьев деревьев странные микроорганизмы, видимые невооруженным глазом и состоящие из нитей.

Поначалу эти нити приняли за конгломераты клеток, но пять лет назад Гро вместе с коллегами понял, что обнаружил ранее неизвестные бактерии – их назвали Thiomargarita magnifica. Они могут достигать двух сантиметров в длину, что в пять тысяч раз превышает размер большинства микроорганизмов.

Большинство бактерий имеют длину около 2 микрометров (0,0002 сантиметра). Их размер ограничен тем фактом, что молекулы-носители энергии (АТФ), которые они используют для питания, производятся с использованием ферментов, встроенных в клеточную мембрану.

Это значит, что для нормального функционирования бактерии должны иметь подходящее соотношение площади поверхности к объему. Увеличение размеров также ограничивает их способность передвигаться.

При этом ранее ученые уже знали о существовании гигантских бактерий. Одна из них – Thiomargarita nelsonii – достигает 750 микрометров в длину. Однако такой размер еще вписывается в пределы ожидаемых теоретических ограничений размера, а вот Thiomargarita magnifica выходит за эти пределы чрезвычайно далеко.

«Для нас, людей, это равносильно встрече с другим человеком ростом с гору Эверест, так что, конечно, это было большим сюрпризом», – Жан-Мари Волланд, ведущий автор исследования.

Еще одно ограничение для большинства бактерий заключается в том, что они должны иметь возможность удваиваться в объеме, чтобы делиться пополам для размножения. В отличие от других бактерий, T. magnifica просто отделяет небольшую часть себя, чтобы создать дочернюю клетку, тем самым наплевав на это ограничение с высоты своего громадного роста.

Кроме того, у этих бактерий очень длинный геном — 11 миллионов пар нуклеотидов с 11 000 генов. При этом обычно геном бактерий не превышает четыре миллиона пар нуклеотидов и 4000 генов.

Визуализируя клетки T. magnifica, исследователи обнаружили, что бактерии имеют обширную сеть мембран, усыпанную АТФ-продуцирующими ферментами, упакованными в их клеточный объем. Это позволяет им удовлетворять свои потребности в энергии, несмотря на их крупные размеры.

Одним концом бактерия прикрепляется к твердым поверхностям (например, листьям), которые лежат среди богатых серой отложений на дне в мангровых зарослях, в то время как остальная часть тела колышется в воде. 

«Я нашел их прикрепленными к раковинам устриц, листьям и веткам, а также к стеклянным бутылкам, пластиковым бутылкам или веревкам. Самая высокая концентрация Thiomargarita magnifica, которую я обнаружил, была на пластиковых пакетах в мангровых зарослях», – Оливье Грос.

Ученые предполагают, что длинные и тонкие бактерии, возможно, эволюционировали, чтобы получить доступ к сере в отложениях на дне мангровых зарослей, а также к кислороду в морской воде наверху, который они используют для выработки энергии.

Пометив мембраны клеток T. magnifica красителем и визуализировав бактерии, исследователи также обнаружили, что клетки этих существ хранят свою ДНК и рибосомы, или механизмы, производящие белок, внутри мешочков, сделанных из клеточной мембраны. Эта особенность обычно наблюдается только в более сложных эукариотических клетках, таких как клетки растений и животных.

Исследователи относят бактерии к прокариотам со свободно плавающей ДНК, в то время как у эукариотов — от дрожжей до большей части форм многоклеточных, включая людей — ДНК находится в ядре. Однако Thiomargarita magnifica разрушает представления о прокариотах как о «мельчайших, простых и неразвитых формах жизни — мешочках с белками внутри». 

Несмотря на свои уникальные особенности, T. magnifica имеет много генетического сходства с представителями группы бактерий Thiomargarita и прекрасно вписывается в современное древо жизни.

«Влияние исследования огромно. Во всех учебниках по микробиологии упоминается, что бактерии маленькие и простые. Однако результаты, описанные в этой статье, полностью изменят наш взгляд на эти аспекты. Одной из задач будет культивирование бактерий в чистых или высокообогащенных культурах, чтобы можно было детально изучить их физиологию и биохимию. В этих маленьких существах так много интересного», – говорит Джерард Мейзер из Амстердамского университета.

«Учитывая свой большой объем и сложную внутреннюю организацию, T. magnifica, безусловно, расширяет то, что мы представляем себе возможным для прокариот [таких как бактерии], и делает границы между прокариотами и эукариотами более размытыми», – отмечают исследователи.