Ученые впервые секвенировали геном загадочного вида гигантской бактерии, которую можно увидеть без микроскопа.
Открытия об их репродуктивных стратегиях, механизмах выживания и различных метаболических механизмах, подобных митохондриям, однажды могут быть полезны для разработки устойчивых энергетических технологий и повышения эффективности в сельском хозяйстве.
Бактерии Epulopiscium живут в симбиозе с кишечником рыбы Naso tonganus в тропической океанской среде . В то время как большинство бактерий слишком малы, чтобы их можно было увидеть без микроскопа, эти одноклеточные мамонты имеют объем в миллион раз больше, чем их известные родственники, кишечная палочка, а это значит, что их можно разглядеть невооруженным глазом.
«Эта невероятная гигантская бактерия уникальна и интересна во многих отношениях», — говорит микробиолог Эстер Ангерт из Корнелльского университета в США. «Раскрытие геномного потенциала этого организма просто поразило нас».
Первый представитель Epulopiscium, чье имя происходит от латинских слов «гость» и «рыба», был обнаружен в 1985 году.
Ангерт и ее американские коллеги назвали вид, который они изучали, Epulopiscium viviparus: Второе слово относится к размножению, которое приводит к живорождению.
В то время как бактерии обычно делятся пополам, чтобы создать две новые, E. viviparus может создать до 12 своих копий внутри родительской клетки, которые затем выплывают в мир.
Такие гигантские бактерии, которые невозможно вырастить в лаборатории, остаются диковинкой биологического мира. Поэтому, чтобы изучить E. viviparus , исследователям пришлось поймать рыбу, в которой она обитает, и как можно быстрее тщательно собрать клетки для секвенирования ДНК и анализа транскриптома.
Большинство бактерий либо дышат, используя кислород, либо получают энергию из окружающей среды посредством ферментации , что обычно приводит к меньшему производству энергии.
E. viviparus является ферментатором, но это озадачивает, потому что он огромен, быстро размножается и может плавать – и все это требует относительно большого количества энергии.
Похоже, что бактерии оптимизировали свой метаболизм под среду кишечника рыбы, богатую ионами натрия. Поток ионов натрия через клеточные мембраны создает мощную «движущую силу натрия» для производства энергии и вращения их волосообразных придатков, называемых жгутиками, для движения.
Эта движущая сила натрия также приводит в движение жгутики холерного вибриона, бактерии, вызывающей холеру.
Команда также обнаружила, что большая часть генетического кода E. viviparus производит ферменты, которые очень эффективно извлекают питательные вещества из рыбы-хозяина, особенно углеводы, называемые полисахаридами, из водорослей, которые составляют большую часть рациона N. tonganus .
E. viviparus содержит множество ферментов, которые также производят АТФ , «энергетическую валюту», которая поддерживает широкий спектр клеточных процессов. Они обнаружили место для этих молекул в уникальной мембране, похожей на митохондрии более сложных организмов.
«Мы все знаем эту фразу: «митохондрии — это электростанция клетки», и, что удивительно, эти мембраны у E. viviparus в каком-то смысле сходятся по той же модели, что и митохондрии», — говорит Ангерт .
«У них есть сильно сложенная мембрана, которая увеличивает площадь поверхности, на которой могут работать эти энергетические насосы, и эта увеличенная площадь поверхности создает источник энергии».
Эффективные способы использования питательных веществ из водорослей, используемые E. viviparus , могут найти множество применений в будущем. Водоросли становятся все более популярными как источник возобновляемой энергии, источник пищи для скота и людей, поскольку их рост не мешает наземному сельскому хозяйству.
Есть еще некоторые загадки, которые предстоит разгадать. Как отмечают Ангерт и его коллеги, необходимы дальнейшие исследования, чтобы полностью понять, как E. viviparus использует свой арсенал ферментов. Но это обеспечивает прочную основу для понимания потребностей их роста.
«Мы находим примечательным, что самые крупные из известных бактерий до сих пор ускользнули от изоляции», — пишут авторы . «Это говорит о том, что бактериальные гиганты хорошо приспособлены к выживанию в той среде, в которой они развивались».
Исследование было опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.