
根據定義,微生物應該很小,只能用顯微鏡才能看到。但是,一種新描述的生活在加勒比海紅樹林中的細菌卻沒有得到這份備忘錄。它的線狀單細胞肉眼可見,長到花生的2厘米長,比許多其他微生物大5000倍。更重要的是,這個巨人有一個巨大的基因組,它不像其他細菌那樣在細胞內自由浮動,而是被包裹在一個膜里,這是一種創新,具有更復雜細胞的特征,就像人體中的細胞一樣。
上周,這種細菌在網上發布的一份預印本中公布了出來,這讓一些研究人員大吃一驚。馬薩諸塞大學阿默斯特分校的微生物學家Verena Carvalho說:“當談到細菌時,我極少說‘不會吧!’,但是這個細菌確實把我們認為的(大。┥舷尢岣吡10倍!
這一發現“奇妙而令人大開眼界”。這種超大的細菌比果蠅和線蟲大,這些是他和其他人為了研究而有時會感染更小的細菌的普通實驗室生物。
九州理工學院的計算生物學家Takemoto Kazuhiro Takemoto說,除了顛覆關于微生物可以變得多大和復雜的觀點外,這種細菌“可能是復雜細胞進化過程中缺失的一環”。
研究人員長期以來將生命分成兩類:原核生物,包括細菌和稱為古生菌的單細胞微生物;真核生物,包括從酵母到大多數多細胞生命形式,包括人類在內的一切。原核生物有自由漂浮的DNA,而真核生物則把它們的DNA封裝在細胞核中。真核生物也將各種細胞功能劃分為稱為細胞器的小泡,并能將分子從一個隔間移動到另一個隔間,這是原核生物無法做到的。
但是新發現的微生物模糊了原核生物和真核生物之間的界限。大約10年前,法國安的列斯大學的海洋生物學家奧利維爾·格羅斯(Olivier Gros)在當地一片沼澤地的腐爛紅樹林葉子表面發現了一種奇怪的生物,它以細絲狀生長。直到5年后,他和他的同事才意識到這些有機體實際上是細菌。直到最近,Gros的研究生Jean-Marie Volland接受了挑戰,試圖對微生物進行特征描述,他們才意識到這些微生物的特殊性。
一些微生物,比如黏菌和藍藻,形成可見的莖或細絲組成的細胞堆,但研究小組使用了各種顯微鏡和染色方法來驗證紅樹林細絲每一個都只是一個細胞。Volland現在是勞倫斯伯克利國家實驗室的海洋生物學家,他回憶說:“一開始,我們不相信這一點!
此外,該細胞包括兩個膜囊,其中一個包含了所有細胞的DNA,Volland和他的同事在他們2月18日的bioRxiv預印本上發表了報告。Volland稱囊(sac)為細胞器,這是“一個巨大的新步驟”,這意味著生命的兩個分支并不像以前想象的那樣不同。
“也許是時候重新考慮我們對真核生物和原核生物的定義了!這是一個超級酷的故事!
另一個充滿水的囊可能是細菌能長得這么大的原因。微生物學家過去認為細菌必須很小部分原因是它們通過細胞內部的分子擴散來進食、呼吸和排出毒素,而這些分子的傳播距離是有限的。然后在1999年,研究人員發現了一種巨大的食硫微生物大約有納米比亞海岸的罌粟籽那么大。它之所以大,是因為它的細胞內容物被一個充滿水和硝酸鹽的巨大囊擠壓到細胞外壁上。細菌的基本分子仍然可以在體內和體外擴散,因為“只有(在邊緣)細胞是活的”。長期以來,科學家們發現了許多由硫構成的大細胞。
像在納米比亞發現的微生物一樣,這種新的紅樹林細菌也有一個巨大的囊,大概占其總體積的73%。與其他微生物類群相似的研究小組提出了與其他類群相同的基因分析方法。
Volland發現的細胞有2厘米高,但他們認為,如果不被踐踏、吃掉、被風吹走或被海浪沖走,它們可能會長得更大。
這個充滿DNA的囊,也沿著這種細菌的內部邊緣擠壓,也被證明是非同尋常的。當能源部聯合基因組研究所(Department of Energy Joint Genome Institute)的研究人員對其中的DNA進行測序時,他們發現基因組非常龐大,1100萬個堿基中含有約11000個清晰可分辨的基因。通常,細菌基因組平均約400萬個堿基和3900個基因。
通過用熒光標簽標記DNA,沃蘭確定了細菌的基因組如此之大,因為相同長度的DNA有超過500000個拷貝。被稱為核糖體的蛋白質生產工廠也位于充滿DNA的囊中,這很可能使基因編碼轉化為蛋白質的效率更高。克萊頓莫納什大學的微生物學家Chris Greening說:“將遺傳物質與其他物質分離開來,可以實現更復雜的控制和更高的復雜性!。
Greening補充道:“細菌常常被認為是小而簡單的‘無生命的’生命形式,也就是所謂的‘蛋白袋’。但這種細菌表明這離事實不遠了!
Largest bacterium ever discovered has an unexpectedly complex cell