Od przybytku głowa nie boli

W całym świecie ożywionym komórki polegają na zjawisku dyfuzji, która umożliwia im wymianę metabolitów, wszelkich innych substancji oraz informacji z otoczeniem. Jest to zjawisko bardzo proste i wystarczająco wydajne, lecz niestety działa wyłącznie na niewielkie odległości. Co prawda komórki organizmów wyższych znalazły wiele sposobów na udoskonalenie procesów wymiany, co pozwoliło im na uzyskanie większych rozmiarów, lecz komórki bakteryjne przeważnie muszą pozostać małe, by przeżyć.

Do wyjątków należą mikroorganizmy symbiotyczne względem egzotycznych ryb, zwanych pokolcami, należące do rodzaju Epulopiscium. Ich komórki mogą osiągać gigantyczną wręcz, jak na bakterie, wielkość około sześciuset mikrometrów (czyli ponad pół milimetra). Dla porównania: pojedynczy ludzki erytrocyt (czerwona krwinka) ma zaledwie siedem mikrometrów średnicy. Dzięki współpracy naukowców z USA i Nowej Zelandii udało się ustalić prawdopodobną przyczynę osiągania przez te niezwykłe mikroorganizmy swoich rozmiarów: bakterie te posiadają niezwykle dużą liczbę kopii DNA wewnątrz pojedynczej komórki.

Obecność wielu kopii genomu w jednej komórce, zwana poliploidią, nie jest wśród organizmów żywych niczym nowym, lecz u bakterii rodzaju Epulopiscium przybiera ona niespotykaną w świecie ożywionym skalę. Na dodatek niezwykle interesujący jest rozkład poszczególnych kopii DNA, zlokalizowanych w tzw. chromosomach bakteryjnych, wewnątrz komórki. W przeciwieństwie do powszechnego ulokowania materiału genetycznego w centralnej części komórki, gigantyczna bakteria posiada poszczególne cząsteczki DNA rozsiane w częściach peryferyjnych swojego "ciała". Zapewnia to stałą bliskość przynajmniej jednej cząsteczki DNA w stosunku do dowolnego miejsca w komórce, dzięki czemu możliwa jest odpowiednio szybka reakcja na bodźce zewnętrzne poprzez aktywację odpowiednich genów, której efektem jest najczęściej produkcja białek.

Dotychczas większość bakterii, aby osiągnąć większy rozmiar komórki, była zmuszona do uzyskania spłaszczonego kształtu komórki, co pozwalało na zwiększenie stosunku powierzchni do objętości i przez to - przyśpieszenie wymiany cząsteczek z otoczeniem. (doskonale ilustruje to zjawisko fakt, że woda stygnie szybciej na płaskim talerzu niż w kubku - szybciej wymienia ciepło z otoczeniem). Organizmy wyższe wykształciły w tym samym celu skomplikowane systemy złozone z tzw. przenośników, czyli białek wyspecjalizowanych w transporcie odpowiednich substancji do wnętrza komórki lub poza jej obręb. Taktyka przyjęta (i rozwinięta na tak wielką skalę) przez bakterie Epulopiscium jest dla naukowców nowością.

Aby obliczyć ilość DNA w pojedynczej komórce, naukowcy użyli metody zwanej Real-Time PCR (co można przetłumaczyć jako "reakcja łańcuchowa polimerazy w czasie rzeczywistym"). Polega ona na tym, że za pomocą specjalnego enzymu przeprowadzana jest replikacja DNA, a powstanie każdej kolejnej jego kopii powoduje uwolnienie cząsteczki zdolnej do fluorescencji. Pomiar ilości powstającego w ten sposób światła daje odpowiedź, jak wiele cząsteczek DNA znajdowało się w próbce. Ustalono w ten sposób, że pojedyncza komórka tej zadziwiającej bakterii zawiera łącznie DNA o masie od 13 aż do 41 razy większej w stosunku do typowej komórki w ciele człowieka. Warto jednak zaznaczyć, że nie istnieje prosta zależność pomiędzy ilością DNA w komórce i złożonością genomu - należy bowiem pamiętać, że w przypadku bakterii mamy do czynienia z tysiącami kopii (mówiąc dokładniej, było ich średnio nieco ponad 40 tysięcy) bardzo prostego genomu, natomiast u człowieka w typowej komórce dysponujemy dwiema kopiami (w przypadku komórek rozrodczych - jedną) materiału genetycznego, lecz jest on bez porównania bardziej złożony. Z kolei wielkość pojedynczej kopii genomu u przedstawicieli rodzaju Epulopiscium nie odbiega od tej spotykanej u innych bakterii.

Epulopiscium bakteria komórka DNA