Szczegółowe dane nt. bakterii oscylujących wokół dolnej granicy wielkości życia

Sfotografowano ultramałe bakterie, zbliżające się do dolnej granicy wielkości życia. O ich istnieniu dyskutowano już od 20 lat, ale aż do teraz nie sporządzono opisu genetyczno-mikroskopowego. Ich średnia objętość wynosi 0,009 mikrometra sześciennego, co oznacza, że wewnątrz pałeczki okrężnicy (Escherichia coli) zmieści ok. 150, a na czubku ludzkiego włosa ponad 150 tys. tych organizmów.

Zróżnicowane bakterie odkryto w wodzie gruntowej. Wydaje się, że są one dość rozpowszechnione i zbliżają się do dolnej granicy życia, czyli najmniejszej wielkości, przy której komórka jest w stanie nadal pomieścić wszystkie elementy konieczne do podtrzymania życia. W bakteriach znajdują się gęsto upakowane spirale, najprawdopodobniej DNA, a także bardzo mała liczba rybosomów. Na komórce widać pile - puste w środku "włoski" komórkowe, pełniące ważną rolę podczas koniugacji. Metabolizm jest ponoć znacznie ograniczony i dane genetyczne wskazują, że by zrealizować pewne zadania, bakterie muszą polegać na innych bakteriach.

Jak podkreślają autorzy publikacji z Nature Communications, bakterie należą do 3 słabo poznanych taksonów. Są enigmatyczne. Wykrywa się je w wielu środowiskach i zapewne odgrywają ważną rolę w społecznościach bakteryjnych i ekosystemach. Dotąd jednak nie pojęliśmy w pełni, czym się zajmują - opowiada prof. Jill Banfield z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley (UCB).

Nie ma zgody co tego, jak mały wolno żyjący organizm może być i jakie strategie optymalizacji przestrzeni stosują wtedy komórki. Nasze badanie to ważny krok w kierunku opisania rozmiaru, kształtu oraz wewnętrznej budowy ultramałych komórek - dodaje dr Birgit Luef.

Zespół z UCB i Lawrence Berkeley National Laboratory zaczął badania bakterii z niehodowanych taksonów. Niektóre mają bardzo małe genomy, dlatego naukowcy założyli, że cechują je także niewielkie rozmiary. Aby skoncentrować je w próbce, wodę gruntową z Rifle w stanie Kolorado przepuszczano przez coraz mniejsze filtry, aż do 0,2 μm. Choć te ostatnie wykorzystuje się do sterylizacji wody, próbki nie były bynajmniej jałowe. Za pomocą przenośnego urządzenia mikroorganizmy błyskawicznie schłodzono do -272 stopni Celsjusza. Dzięki temu było wiadomo, że nie ulegną uszkodzeniu podczas transportu do laboratorium.

Zamrożone próbki przewieziono do Berkeley Lab, gdzie Luef i Luis Comolli opisali wielkość i budowę wewnętrzną komórek, stosując elektronową kriomikroskopię 2D i 3D. Zdjęcia ujawniły też dzielące się komórki, co wskazywało, że bakterie były zdrowe i nie uległy przez głodzenie zmniejszeniu do anormalnie małych gabarytów. Genomy zsekwencjonowano w Joint Genome Institute. Susannah Tringe ustaliła, że ich długość sięgała ok. 1 mln par zasad. Dalsze badania, m.in. metagenomiczne, zademonstrowały, że bakterie należały do 3 typów: WWE3, OP11 oraz OD1.

Co ciekawe, nie znamy funkcji połowy genów znalezionych w organizmach z tych 3 taksonów - podkreśla Banfield.

Ostatnio akademicy oszacowali wielkość komórki pewnej morskiej bakterii na 0,013 mikrometra sześciennego, ale posłużyli się techniką, która nie mierzy bezpośrednio średnicy komórki. Istnieją też wcześniejsze zdjęcia spod mikroskopu elektronowego archeanów z komórkami wielkości 0,009 mikrometra sześciennego. Wg naukowców, oznacza to, że ultramałe organizmy z ograniczonymi funkcjami metabolicznymi reprezentują dwie z trzech domen.

bakterie ultramałe woda gruntowa elektronowa kriomikroskopia Jill Banfield Birgit Luef