Обнаружена гигантская бактерия с потенциалом для устойчивой энергетики и сельского хозяйства

Впервые ученые успешно секвенировали геном удивительного вида гигантских бактерий, которые можно увидеть без использования микроскопа. Выводы, касающиеся их репродуктивных стратегий, механизмов выживания и отличительных метаболических механизмов, схожих с митохондриями, могут привести к разработке технологий устойчивой энергетики и повышению эффективности сельского хозяйства.

Бактерии Epulopiscium живут симбиотически в кишечнике рыбы под названием Naso tonganus в тропической океанической среде. В отличие от большинства бактерий, которые слишком малы, чтобы их можно было разглядеть без микроскопа, эти одноклеточные мамонты видны невооруженным глазом благодаря своим огромным размерам, в миллион раз превышающим объем их известных родственников, кишечных палочек.

Микробиолог Эстер Ангерт из Корнельского университета (США) называет эту невероятную гигантскую бактерию "уникальной и интересной во многих отношениях" и утверждает, что "раскрытие геномного потенциала этого организма просто взорвало нам мозг".

Открытие первого представителя рода Epulopiscium относится к 1985 году. Ангерт и ее коллеги назвали изучаемый ими вид Epulopiscium viviparus, причем второе слово означает размножение, приводящее к появлению живых особей.

В то время как бактерии обычно делятся пополам, чтобы произвести две новые клетки, E. viviparus обладает способностью генерировать до 12 копий себя внутри родительской клетки, которые затем выбрасываются в окружающую среду.

Из-за невозможности культивирования в лабораторных условиях эти гигантские бактерии остаются диковинкой в мире биологии. Чтобы изучить E. viviparus, исследователям пришлось поймать рыбу, в которой она обитает, и аккуратно собрать клетки в кратчайшие сроки для секвенирования ДНК и анализа транскриптома.

Большинство бактерий либо дышат с помощью кислорода, либо получают энергию из окружающей среды путем ферментации, что, как правило, приводит к снижению выработки энергии. Однако E. viviparus, несмотря на свой большой размер, быстрое размножение и способность плавать, является ферментером, что ставит вопрос о ее энергетических потребностях.

Похоже, что эти бактерии адаптировали свой метаболизм для процветания в богатой натрием среде рыбьего кишечника. Поток ионов натрия через их клеточные мембраны создает мощную "натриевую движущую силу", которая обеспечивает производство энергии и движение их жгутиков - волосовидных придатков, используемых для плавания.

Интересно, что эта натриевая движущая сила также обеспечивает движение жгутиков у Vibrio cholerae, бактерии, вызывающей холеру.

Исследовательская группа также обнаружила, что значительная часть генетического кода E. viviparus кодирует ферменты, которые эффективно извлекают питательные вещества из рыбы-хозяина, в частности углеводы, известные как полисахариды, получаемые из водорослей, составляющих значительную часть рациона N. tonganus.

Кроме того, E. viviparus обладает большим количеством ферментов, вырабатывающих АТФ. АТФ, часто называемый "энергетической валютой" клеток, поддерживает различные клеточные процессы. Исследователи обнаружили у этих бактерий уникальные мембраны, которые напоминают митохондрии, встречающиеся в более сложных организмах. Эти высокоскладчатые мембраны увеличивают площадь поверхности, позволяя насосам, вырабатывающим энергию, эффективно функционировать и создавать энергетический центр.

В заключение следует отметить, что секвенирование генома Epulopiscium viviparus позволило получить ценные сведения о репродуктивных стратегиях, механизмах выживания и метаболических процессах этих гигантских бактерий. Полученные данные открывают перспективы для развития технологий устойчивой энергетики и прогресса в сельском хозяйстве.