Бактерии семейства Epulopiscium достаточно велики, чтобы их можно было увидеть невооруженным глазом, они в 1 миллион раз больше по объему, чем их более известные родственники, кишечные палочки. В исследовании, опубликованном в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, ученые из Корнеллского Университета и Национальной лаборатории Лоуренса Беркли впервые описали полный геном одного из видов семейства гигантов, который 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. Раскрытие геномного потенциала этого организма просто взорвало наш мозг», – говорит Эстер Ангерт, профессор микробиологии и автор исследования.
Первый представитель рода Epulopiscium был обнаружен в 1985 году. Они живут симбиотически в кишечных трактах некоторых рыб-хирургов в тропических морских коралловых рифах, таких как Большой Барьерный риф, и в Красном море.
По словам ученых, из-за гигантских размеров сначала считалось, что это отдельный вид простейших. Название Epulopiscium происходит от латинских корней epulo, что означает «гость», и piscium, «рыба». В то время как большинство бактерий размножаются, делясь пополам, чтобы создать двух потомков, E. viviparus создают до 12 копий самих себя, которые растут внутри родительской клетки, а затем выходят на свободу.
Изучение этих бактерий требует отлова рыб, в которых они живут, и сохранения клеток или извлечения ДНК и РНК как можно быстрее и тщательнее, говорит Ангерт, который уже несколько десятилетий сотрудничает с биологами-рыбоводами на исследовательской станции Lizard Island в Австралии для сбора и изучения образцов.
Исследователям было особенно интересно узнать, как E. viviparus обеспечивает свои экстремальные метаболические потребности. Бактерии, которые поглощают питательные вещества из окружающей среды, а не создают собственную энергию из солнечного света, обычно делятся на два вида: те, у которых есть доступ к кислороду, и те, у которых его нет. Без кислорода бактерии часто используют ферментацию для получения энергии, а ферментирующие организмы просто не получают столько пользы от питательных веществ.
То, что E. viviparus действительно является ферментатором, только усложняет загадку, поскольку ее огромный размер, экстремальное размножение и способность плавать требуют большого количества энергии.
Исследователи обнаружили, что E. viviparus изменила свой метаболизм, чтобы максимально использовать окружающую среду, используя редкий способ получения энергии и передвижения (такой же способ плавания используют бактерии, вызывающие холеру), а также посвятив огромную часть своего генетического кода созданию ферментов, которые могут собирать питательные вещества, доступные в кишечнике хозяина.
Среди самых высокопроизводительных ферментов – те, что используются для производства АТФ, энергетической валюты всех клеток. Высокоскладчатая мембрана, проходящая по внешнему краю E. viviparus, обеспечивает пространство для белков, вырабатывающих и переносящих энергию, и имеет удивительное сходство с тем, как функционируют митохондрии в клетках более сложных организмов.
«Все мы знаем фразу «митохондрии – это энергетический центр клетки», – говорит Ангерт, – и удивительно, что эти мембраны у E. viviparus как бы сходятся с моделью митохондрии: у них высокоскладчатая мембрана, которая увеличивает площадь поверхности, на которой могут работать насосы, вырабатывающие энергию, и эта увеличенная площадь поверхности создает энергетический центр».
По словам Ангерта, это фундаментальное исследование имеет множество потенциальных применений в будущем, особенно если у бактерии есть такие эффективные стратегии использования питательных веществ, содержащихся в водорослях. Водоросли все чаще используются в качестве корма для скота, возобновляемой энергии и питания людей, поскольку их рост не конкурирует с наземным сельским хозяйством.
[Фото: ru.123rf.com ]