Бактерии семейства Epulopiscium достаточно велики, чтобы их можно было увидеть невооруженным глазом, и в 1 миллион раз больше по объему, чем их более известные родственники, E. coli.
В исследовании, опубликованном в Proceedings of the National Academy of Sciences, ученые из Корнельского университета впервые описали полный геном одного из видов семейства гигантов, который они назвали Epulopiscium viviparus. "Эта невероятная гигантская бактерия уникальна и интересна во многих отношениях: ее огромные размеры, способ размножения, методы, с помощью которых она удовлетворяет свои метаболические потребности, и многое другое", - рассказала соавтор статьи Эстер Ангерт. "Раскрытие геномного потенциала этого организма просто взорвало наш мозг".
Первый представитель рода Epulopiscium был обнаружен в 1985 году. Все представители этого рода живут симбиотически в кишечных трактах некоторых рыб в тропических морских коралловых рифах. По словам Ангерт, из-за своего гигантского размера ученые сначала считали, что это какой-то отдельный вид простейших. Название Epulopiscium происходит от корня epulo, что означает "гость", и piscium, "рыба". В то время как большинство бактерий размножаются, делясь пополам, E. viviparus создают до 12 копий самих себя, которые растут внутри родительской клетки, а затем выходят на свободу, "активные и плавающие - viviparus означает "живорождение", - пояснила Ангерт.
Изучение этих гигантских бактерий требует отлова рыб, в которых они живут, и сохранения клеток или извлечения ДНК и РНК как можно быстрее и тщательнее, рассказывает Ангерт, которая уже несколько десятилетий сотрудничает с ихтиологами Австралии для сбора и изучения образцов. Исследователям было особенно интересно узнать, как E. viviparus обеспечивает свои экстремальные метаболические потребности. Бактерии, которые питаются питательными веществами из окружающей среды, а не создают энергию из солнечного света, обычно делятся на две группы: аэробы и анаэробы. Анаэробы часто используют ферментацию для получения энергии и "ферментирующие организмы просто не получают энергии от питательных веществ", - отмечает Ангерт.
То, что E. viviparus действительно является ферментером, только увеличивает загадку, поскольку его огромный размер, экстремальное размножение и способность плавать требуют больше энергии, а не меньше. Исследователи обнаружили, что E. viviparus модифицировала свой метаболизм, чтобы максимально использовать окружающую среду, используя редкий способ получения энергии и передвижения (такой же способ плавания используют холерные вибрионы), а также выделив огромную часть своего генетического кода на создание ферментов, которые могут собирать питательные вещества, доступные в кишечнике хозяина.
Среди самых высокопроизводительных ферментов - те, что используются для производства АТФ, энергетической валюты всех клеток. По словам Ангерт, складчатая мембрана, проходящая по внешнему краю E. viviparus, обеспечивает важное пространство для белков, вырабатывающих и переносящих энергию, и имеет удивительное сходство с тем, как функционируют митохондрии в клетках более сложных организмов.
"Мы все знаем фразу "митохондрии - это энергетический центр клетки", - говорит Ангерт, - и удивительно, что эти мембраны у E. viviparus как бы совпадают с моделью митохондрий: они имеют очень складчатую мембрану, которая увеличивает площадь поверхности, на которой могут работать эти насосы, вырабатывающие энергию, и эта увеличенная площадь поверхности создает энергетический центр".
По словам Ангерт, это фундаментальное исследование имеет множество потенциальных применений в будущем, особенно если у E. viviparus есть такие эффективные стратегии использования питательных веществ, содержащихся в водорослях. Водоросли становятся все более популярным видом корма для скота, возобновляемой энергии и питания людей, поскольку их выращивание не конкурирует с наземным сельским хозяйством.
