Гигантские бактерии из мангровых зарослей Гваделупы бросают вызов традиционным представлениям о микромире

На фотографии, предоставленной Национальной лабораторией Лоуренса Беркли в июне 2022 года, видны тонкие нити клеток бактерий Thiomargarita magnifica рядом с десятицентовой монетой США. Этот вид микроорганизмов был обнаружен среди мангровых зарослей архипелага Гваделупа во французском Карибском бассейне. Группа исследователей из Объединенного института генома Министерства энергетики (DOE) (JGI), Национальной лаборатории Лоуренса Беркли (Berkeley Lab), Лаборатории исследований сложных систем (LRC) и Антильского университета нашла и описала бактерию, состоящую из одной клетки, которая в 5000 раз больше, чем другие бактерии, сообщает phys.org.

worlds biggest bacteri
На этой фотографии под микроскопом, предоставленной Национальной лабораторией Лоуренса Беркли в июне 2022 года, видны тонкие нити клеток бактерий Thiomargarita magnifica рядом с десятицентовой монетой США. Этот вид был обнаружен среди мангровых зарослей архипелага Гваделупа во французском Карибском бассейне. Группа исследователей из Объединенного института генома Министерства энергетики (DOE) (JGI), Национальной лаборатории Лоуренса Беркли (Berkeley Lab), Лаборатории исследований сложных систем (LRC) и Антильского университета охарактеризовала бактерию, состоящую из одной клетки, которая в 5000 раз больше, чем другие клетки бактерии. Фото: Томас Тимл/Национальная лаборатория Лоуренса Беркли

Встреча с «эверестом»

В пробах воды тонкие нити, похожие на вермишель, плавающие над остатками листьев, оказываются одиночными бактериальными клетками, видимыми невооруженным глазом, что само по себе невероятно. В номере журнала Science от 24 июня 2022 года Волланд и его коллеги, в том числе исследователи из JGI и Лаборатории Беркли, LRC и Антильского университета в Гваделупе, описали морфологические и геномные особенности этой гигантской нитевидной бактерии, а также ее жизненный цикл.

Сравнивая обычные бактериальные клетки с этим гигантов, ученый Жан-Мари Волланд (США) сказал: «Это похоже на встречу человека с другим человеком, высотой с гору Эверест».

История открытия

Сама бактерия была обнаружена Оливье Гросом, профессором морской биологии Антильского университета в Гваделупе, в 2009 году. Сильвина Гонсалес-Риццо, адъюнкт-профессор молекулярной биологии в Университете Антильских островов и один из первых авторов исследования, провела секвенирование гена 16S рРНК для идентификации и классификации прокариот. «Я думала, что это эукариоты; я не думала, что это бактерии, потому что они были такими большими и, казалось бы, с большим количеством нитей», — вспоминала она о своем первом впечатлении. «Мы поняли, что они уникальны, потому что выглядели как одна клетка. Тот факт, что они были „макро“ микробами, был захватывающим!». «Она поняла, что это была бактерия, принадлежащая к роду Thiomargarita», — отметил Грос. «Она назвала его Ca. Тиомаргарита великолепная».

В JGI Волланд начал изучать Ca. T. magnifica в группе одиночных клеток Тани Войке, чтобы лучше понять, что эта окисляющая серу, фиксирующая углерод бактерия делает в мангровых зарослях. «Мангровые заросли и их микробиомы являются важными экосистемами для круговорота углерода. Если вы посмотрите на пространство, которое они занимают в глобальном масштабе, это составляет менее 1% от прибрежной территории во всем мире. Но когда вы затем посмотрите на накопление углерода, вы обнаружите, что они вносят 10−15% углерода, хранящегося в прибрежных отложениях», — сказал Уойк, который возглавляет микробиологическую программу JGI и является одним из старших авторов статьи.

Клетки длиной почти до сантиметра

Волланд взял на себя задачу визуализировать эти гигантские клетки в трех измерениях и при относительно большом увеличении. Он визуализировал целые нити длиной до 9,66 мм и подтвердил, что это действительно гигантские одиночные клетки, а не многоклеточные нити, как это обычно бывает у других крупных сернистых бактерий. Он также открыл в клетках новые, связанные с мембраной компартменты, содержащие кластеры ДНК. Он назвал эти органеллы «пепинами» в честь маленьких семян во фруктах. Кластеры ДНК были в изобилии обнаружены в отдельных клетках. У большинства бактерий их ДНК свободно плавает в цитоплазме их клеток. Этот же недавно открытый вид бактерий хранит свою ДНК более организованно.

Как отметил Волланд, «Бактерии содержат в три раза больше генов, чем большинство бактерий, и сотни тысяч копий генома (полиплоидия), которые распространены по всей клетке».

«Этот проект стал прекрасной возможностью продемонстрировать, как эволюционировала сложность в некоторых простейших организмах», — сказал Шайлеш Дейт, основатель и генеральный директор LRC и один из старших авторов статьи. «Одна из вещей, о которых мы говорили, заключается в том, что необходимо рассматривать и изучать биологическую сложность гораздо более подробно, чем-то, что делается в настоящее время. Так что организмы, которые мы считаем очень, очень простыми, могут преподнести нам некоторые сюрпризы».

Одна гигантская бактерия, много вопросов

Для команды ученых, изучающих Ок. Thiomargarita magnifica, встало множество новых исследовательских вопросов. Среди них — роль бактерии в экосистеме мангровых лесов. Ещё один важный нерешенный вопрос заключается в том, сыграли ли новые органеллы, названные пепинами, роль в эволюции Thiomargarita magnifica экстремального размера, и присутствуют ли пепины у других видов бактерий. Точное образование пепинов и то, как происходят и регулируются молекулярные процессы внутри и снаружи этих структур, также еще предстоит изучить.

В мире еще много неизученных экосистем, поэтому не исключено, что ученых ждут не менее потрясающие открытия, чем открытие гигантских бактерий, видимых невооруженным глазом.