【Science】解密早前发现的史上最大细菌！|细胞|微生物|dna|核糖体

【Science】解密早前发现的史上最大细菌！

2022-06-24 17:28:10　来源: 转化医学网

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作者：kope

导读：针对早前发现的迄今为止最大的细菌，研究者们对它进行了详细的观察和研究，发现这个"巨人"有一个巨大的基因组，它不像其他细菌那样自由漂浮在细胞内部，而是被包裹在膜中，这是更复杂细胞的创新特征，就像人体中的细胞一样。这种生物实际上是在大约十年前首次被发现的，作为生长在加勒比沼泽腐烂的红树林叶子上的白色细丝束。但当时，它的发现者，海洋生物学家奥利维尔·格罗斯（Olivier Gros）没有意识到它们是细菌，更不用说单细胞了。今年的二月份《Nature》和《Science》就分别对其作了报道。

日前，国际团队联合在《Science》杂志上发表了题为“A centimeter-long bacterium with DNA contained in metabolically active, membrane-bound organelles”的一项研究，针对早前发现的迄今为止最大的细菌，研究者们对它进行了详细的观察和研究，发现这个"巨人"有一个巨大的基因组，它不像其他细菌那样自由漂浮在细胞内部，而是被包裹在膜中，这是更复杂细胞的创新特征，就像人体中的细胞一样。根据定义，微生物应该非常小，只能用显微镜看到。但是生活在加勒比红树林中的线状单细胞肉眼可见，比许多其他微生物大5000倍。

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abb3634

“令人惊叹，令人大开眼界”

这种生物实际上是在大约十年前首次被发现的，作为生长在加勒比沼泽腐烂的红树林叶子上的白色细丝束。但当时，它的发现者，海洋生物学家奥利维尔·格罗斯（Olivier Gros）没有意识到它们是细菌，更不用说单细胞了。今年的二月份《Nature》和《Science》就分别对其作了报道。

https://www.nature.com/articles/d41586-022-00579-5

https://www.science.org/content/article/largest-bacterium

研究人员长期以来将生命分为两组：原核生物，包括细菌和称为古菌的单细胞微生物，以及真核生物，包括从酵母到大多数形式的多细胞生命，包括人类。原核生物具有自由漂浮的DNA，而真核生物则将其DNA包装在细胞核中。真核生物还将各种细胞功能划分为称为细胞器的囊泡，并且可以将分子从一个隔室移动到另一个隔室，这是原核生物无法做到的。

但新发现的微生物模糊了原核生物和真核生物之间的界限。大约10年前，法属安的列斯群岛大学Pointe-à-Pitre的海洋生物学家奥利维尔·格罗斯（Olivier Gros）在当地沼泽中腐烂的红树林叶子的表面上发现了这种奇怪的生物，这种生物以细丝的形式生长。直到5年后，他和他的同事们才意识到这些生物实际上是细菌。直到最近，研究者才试图描述它们时，他们才意识到微生物有多特别。

“多么好的名字！”

研究者们发现该细胞包括两个膜囊，其中一个膜囊包含所有细胞的DNA，另一个充满水的囊可能是细菌长得这么大的原因。微生物学家曾经认为细菌必须很小，部分原因是它们通过分子通过细胞内部扩散来进食，呼吸和消除毒素，并且这些分子可以传播的距离是有限的。然后在1999年，研究人员在纳米比亚海岸发现了一种巨大的食硫微生物，大小与罂粟种子差不多。它可能很大，因为它的细胞内容物被一个巨大的充满水和硝酸盐的囊挤压在它的外细胞壁上。细菌的基本分子仍然可以扩散进出，此后，科学家们发现了其他大型食硫细菌，但它们的长丝由多个细胞组成。

像在纳米比亚发现的微生物一样，新的红树林细菌也有一个巨大的囊占其总体积的73%。这种相似性和遗传分析导致研究小组将其与大多数其他微生物巨人置于同一属中，并提议将其称为Thiomargarita magnifica（华丽硫珠菌）。

神秘面纱被缓缓揭开

大多数细菌物种的细胞长度约为2微米，一些最大的标本达到750微米。使用荧光，X射线和电子显微镜结合基因组测序，我们表征了Candidatus（Ca.）Thiomargarita magnifica，这是一种平均细胞长度大于9000微米的细菌，肉眼可见。这些细胞在细菌细胞大小的理论限制上增长了几个数量级，显示出超过50万个拷贝的超大型基因组的前所未有的多倍体，并经历了一个双态生命周期，染色体不对称地分离成子细胞。这些特征，以及由生物能量膜结合的活性细胞器中基因组材料和核糖体的区室化，这挑战了细菌细胞的传统概念。

T. magnifica因其尺寸而引人注目。在其他细菌中，遗传物质自由地漂浮在细胞内，通常只有一条环状染色体。在T. magnifica中，研究小组发现遗传信息存储在数十万个这样的pepins中。其中每一个都含有DNA和核糖体，这些分子机器将DNA的指令翻译成蛋白质。Pepins总共拥有多达700000个基因组拷贝。

许多问题依然存在。其中包括红树林的特定栖息地，其中含有高水平的含硫分子和食硫微生物，是否对这种细菌的存在至关重要。Pepins本身需要仔细观察，以确定它们是否都含有相同的遗传物质，核糖体和蛋白质混合物。“我们还没有对单个蛋白酶进行测序 - 我们已经对整个细胞进行了测序，其中包含数十万个蛋白酶，”Volland说。特别是，研究人员不知道每个蛋白酶是否只含有一个基因组拷贝，还是不止一个。

参考资料：

https://www.science.org/content/article/largest-bacterium

https://www.nature.com/articles/d41586-022-00579

https://www.nature.com/articles/d41586-022-01757-1

注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。