Ученые секвенировали геном бактерии Epulopiscium viviparus, представительницы группы гигантских бактерий, чей размер настолько велик, что их можно увидеть невооруженным взглядом.
Бактерии рода Epulopiscium служат кишечными симбионтами тропических рыб-хирургов семейства Acanthuridae. Предполагается, что они помогают рыбе переваривать пищу: водоросли и осевшие на дно органические вещества. Они достигают поразительных по меркам бактерий размеров: 0,2–0,7 миллиметра в длину. То есть одна особь такой бактерии по объему будет равна примерно миллиону кишечных палочек (Escherichia coli). Когда этих бактерий впервые обнаружили в 1985 году, из-за их размеров ученые сперва подумали, что открыли какой-то новый вид простейших.
Из-за своих размеров эти бактерии обладают рядом особенностей. Например, они чрезвычайно полиплоидны, бактериальная клетка содержит сотни тысяч копий генома. Поскольку бактерии используют диффузию, а не на цитоскелетный транспорт, как в клетках эукариот, такая полиплоидия позволяет производить генные продукты во многих местах клетки для синтеза белков там, где они необходимы.
Необычен и их способ размножения, которые отражен в латинском видовом названии viviparus, то есть «живородящая». Внутри родительской клетки формируется от одной до двадцати дочерних клеток, которые растут в ней, пока родительская клетка в конечном итоге не разрушится. Размножение делением у этой группы бактерий не отмечено. Аналогичный тип размножения известен у других групп бактерий (таких как Bacillus subtilis и представители рода Clostridium), но у них он применяется, когда бактерия попадает в неблагоприятные условия, и не служит стандартной формой размножения. Предполагается, что данный тип размножения облегчает для Epulopiscium передачу бактерий от одного хозяина к другому.
Бактерии рода Epulopiscium гетеротрофны, они не способны синтезировать собственные органические вещества из неорганических и поэтому должны получать их извне. «Эта невероятная гигантская бактерия уникальна и интересна во многих отношениях: ее огромный размер, способ размножения, методы, с помощью которых она удовлетворяет свои метаболические потребности и многое другое», — говорит старший автор исследования, профессор Корнеллского университета Эстер Ангерт (Esther Angert). Исследование затрудняло то, что биологи пока не научились культивировать этих бактерий вне их естественной среды обитания — кишечника рыб-хирургов, в случае данного вида — рыбы Naso tonganus.
Профессора Ангерт и ее коллег особенно интересовало, как Epulopiscium viviparus удовлетворяет свои экстремальные метаболические потребности. Гетеротрофные бактерии делятся на две группы: у одних есть доступ к кислороду, у других его нет. Epulopiscium принадлежит ко второй группе. «Без кислорода бактерии часто используют ферментацию для извлечения энергии, а этот способ не очень эффективен, — говорит профессор Ангерт. — Тот факт, что Epulopiscium viviparus ферментирующая бактерия, только усложнил задачу, поскольку ее огромный размер, размножение и способность плавать требуют значительного количества энергии».
Исследователи обнаружили, что Epulopiscium viviparus изменила свой метаболизм, чтобы максимально эффективно использовать окружающую среду, используя редкий метод получения энергии и передвижения (тот же метод плавания используется бактериями, вызывающими холеру) и выделяя огромную часть энергии своего генетического кода для создания ферментов, которые могут собирать питательные вещества, доступные в кишечнике хозяина.
Внешняя мембрана этих бактерий имеет складчатую форму, что обеспечивает важное пространство для белков, производящих и транспортирующих энергию, и удивительно похоже на устройство митохондрий в клетках эукариот. «Мы все знаем фразу "Митохондрии — это энергетические станции клетки", и, что удивительно, эти мембраны у Epulopiscium viviparus в некотором роде построены по той же модели, что и митохондрии, — говорит профессор 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».
Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
