Самые крупные в мире бактерии были обнаружены в тропических мангровых зарослях Гваделупы. Каждая бактерия имеет длину около сантиметра и отличается невиданной ранее для бактерий структурной сложностью.
"В 2009 году, собирая образцы под водой, я обнаружил длинные белые нити, прикрепленные к затонувшим листьям мангрового дерева. Сначала я подумал, что это какие-то эукариоты [животные, растения или грибы] из-за их размера", - рассказывает Оливье Грос из Университета Французских Антильских островов, Гваделупа.
Большинство бактерий имеют длину около двух микрометров - 0,0002 сантиметра. Их размеры ограничены тем, что молекулы, несущие энергию, которые они используют для своего питания, производятся с помощью ферментов, встроенных в клеточную мембрану. Это означает, что для функционирования бактерии должны иметь подходящее соотношение площади поверхности к объему. Увеличение размеров бактерий также ограничивает их возможности передвижения. Тем не менее, мы уже знаем, что бактерии могут увеличиваться в размерах: один из видов - Thiomargarita nelsonii - вырастает до 750 микрометров в длину. Однако это все еще остается в пределах ожидаемых теоретических пределов размеров, налагаемых на бактерии.
Грос и его коллеги обнаружили, что новая бактерия - названная Thiomargarita magnifica - имеет объем примерно в 50 раз больше, чем T. nelsonii, и нарушает ожидаемые пределы размеров. "Они намного больше, чем то, что считалось максимально возможным размером для бактерий", - говорит Грос. "Для нас, людей, это равносильно тому, чтобы встретить другого человека, который был бы таким же высоким, как Эверест, поэтому, конечно, это было довольно неожиданно".
Получив изображение клеток T. magnifica, исследователи обнаружили, что бактерии имеют разветвленную сеть мембран, усеянную ферментами, вырабатывающими АТФ, и упакованную в объем клетки. Это позволяет им удовлетворять свои энергетические потребности, несмотря на их большой размер. Одним концом каждая бактерия крепится к твердым поверхностям, таким как затонувшие листья, которые лежат среди богатых серой отложений на дне мангровых зарослей, а остальная часть тела тянется вверх в воду. Как именно они прикрепляются, неясно.
"Я находил их прикрепленными к устричным раковинам, листьям и веткам, а также к стеклянным бутылкам, пластиковым бутылкам или веревкам", - говорит Грос. "Самая высокая концентрация Thiomargarita magnifica, которую я обнаружил, была на пластиковых пакетах в мангровых зарослях". Исследователи предполагают, что длинные и тонкие бактерии могли эволюционировать, чтобы получить доступ к сере в отложениях на дне мангровых зарослей, а также к кислороду в морской воде над ними, который они используют для получения энергии. "Они могут каким-то образом преодолевать разрыв между этими двумя химическими системами, и, похоже, они используют эти химические градиенты для получения энергии и фиксации углерода", - считает Грос.
Пометив мембраны клеток T. magnifica красителем и получив изображение бактерий, исследователи также обнаружили, что клетки хранят свою ДНК и механизмы производства белков, или рибосомы, внутри мешочков из клеточной мембраны. Такая особенность обычно наблюдается только в более сложных эукариотических клетках, таких как клетки растений и животных. "В большинстве бактериальных клеток ДНК свободно плавает внутри клетки", - говорит Грос. "Эти отсеки в T. magnifica представляют собой новый тип бактериальных [клеточных отсеков], которые мы назвали pepins, что в переводе с французского означает "маленькие семена во фруктах".
Несмотря на свои необычные особенности, T. magnifica имеет много генетических сходств с членами группы бактерий Thiomargarita и прекрасно вписывается в существующее древо жизни. "Нам не нужно переделывать древо жизни", - говорит Грос. "Всегда радует, когда в микробный бестиарий добавляется [необычная бактерия]", - говорит Пол Шавемакер из Гронингенского университета, который не принимал участия в работе. "Учитывая большой объем и сложную внутреннюю организацию, T. magnifica определенно расширяет то, что мы представляем возможным для прокариот [таких как бактерии], и делает границы между прокариотами и эукариотами более размытыми".
"Влияние этого исследования огромно. Во всех учебниках по микробиологии говорится, что бактерии маленькие и простые. Однако результаты, описанные в данной работе, полностью изменят наш взгляд на эти аспекты", - говорит Герард Мюйзер из Амстердамского университета. "Одной из задач будет выращивание бактерий в чистых или сильно обогащенных культурах, чтобы можно было детально изучить физиологию и биохимию бактерий", - добавляет он. "В этих маленьких существах еще так много интересного".
