Bilim adamları şimdiye kadarki en büyük bakteriyi keşfetti

Karayipler’deki bir mangrov ormanındaki bilim adamları, insan kirpiklerinin boyutuna ve şekline ulaşan bir bakteri türü keşfettiler.

Bu hücreler, şimdiye kadar gözlemlenen en büyük bakterilerdir ve Escherichia coli gibi bilinen bakterilerden binlerce kat daha büyüktür. California, Berkeley’deki Ortak Genom Enstitüsü’nde mikrobiyolog olan Jean-Marie Foland, “Everest Dağı büyüklüğünde başka bir insanla tanışmak gibi olurdu” dedi.

Dr.. Voland ve meslektaşları yayınlanan Thiomargarita magnifica adlı bir bakteriyle ilgili çalışmaları Perşembe günü Science dergisinde yayınlandı.

Bilim adamları bir zamanlar bakterilerin büyük hücreler üretemeyecek kadar basit olduğuna inanıyorlardı. Ancak Thiomargarita magnifica’nın oldukça karmaşık olduğu ortaya çıktı. Bakteri dünyasının çoğu henüz keşfedilmemiş olduğundan, daha büyük ve daha karmaşık bakterilerin keşfedilmeyi bekliyor olması tamamen mümkündür.

Hollandalı mercek öğütücü Anthony van Leeuwenhoek’in dişlerini kazıyarak bakterileri keşfetmesinin üzerinden yaklaşık 350 yıl geçti. İlkel bir mikroskop altında diş plağını yerleştirdiğinde, tek hücreli organizmaların etrafta yüzdüğünü görünce şaşırdı. Sonraki üç yüzyıl boyunca bilim adamları, tümü çıplak gözle görülemeyen başka birçok bakteri türü buldular. Escherichia coli hücresi, örneğin, aşağıdakileri ölçer: mikronveya bir inçin on binde biri kadar.

Her bakteri hücresi kendi organizmasıdır, yani büyüyüp bir çift yeni bakteriye bölünebilir. Ancak bakteri hücreleri genellikle birlikte yaşar. Van Leeuwenhoek’in dişleri, milyarlarca bakteri içeren jöle benzeri bir filmle kaplanmıştır. Göllerde ve nehirlerde bazı bakteri hücreleri çok küçük olacak şekilde birbirine yapışır. Teller.

Biz insanlar çok hücreli yaratıklarız, bedenlerimiz yaklaşık 30 trilyon hücre. Hücrelerimiz çıplak gözle görülmese de, genellikle bakterilerde bulunanlardan çok daha büyüktürler. İnsan yumurta hücresi ulaşabilir 120 mikron çapı veya bir inçin binde beşi.

Diğer türlerin hücreleri büyüyebilir: yeşil alg Caulerpa taxifolia, büyüyebilen bıçak şeklinde hücreler üretir. ayak uzunluğu.

Küçük ve büyük hücreler arasındaki uçurum ortaya çıktıkça, bilim adamları bunu anlamak için evrime baktılar. Tüm hayvanlar, bitkiler ve mantarlar, ökaryotlar olarak adlandırılan aynı evrimsel soylara aittir. Ökaryotlar, büyük hücreler oluşturmalarına yardımcı olan birçok uyarlamayı paylaşır. Bilim adamları, bu uyarlamalar olmadan bakteri hücrelerinin küçük kalması gerektiği sonucuna vardı.

Başlamak için, büyük bir kovanın çökmemesi veya yırtılmaması için fiziksel desteğe ihtiyacı vardır. Ökaryotik hücreler, bir çadırdaki kutuplar gibi hareket eden katı moleküler teller içerir. Bununla birlikte, bakteriler bu hücre iskeletine sahip değildir.

Büyük hücre aynı zamanda kimyasal bir zorlukla karşı karşıyadır: Büyüdükçe, moleküllerin dolaşması ve hassas kimyasal reaksiyonları gerçekleştirmek için doğru ortaklarla buluşması daha uzun sürer.

Ökaryotlar, hücreleri farklı biyokimya biçimlerinin oluşabileceği küçük parçalarla doldurarak bu soruna bir çözüm geliştirdiler. DNA’yı, protein yapmak için genleri okuyabilen moleküller veya hücre çoğaldığında proteinler yeni DNA kopyaları üretebilen moleküllerle birlikte, çekirdek adı verilen bir kese içinde sarılmış halde tutarlar. Her hücre mitokondri adı verilen keselerin içinde yakıt üretir.

Bakteriler, ökaryotik hücrelerde bulunan parçalara sahip değildir. Çekirdek olmadan, her bakteri normalde kendi içinde serbestçe yüzen bir DNA halkası taşır. Ayrıca mitokondrileri yoktur. Bunun yerine, genellikle zarlarına gömülü parçacıklarla bir yakıt üretirler. Bu düzenleme küçük hücrelerle iyi çalışır. Ancak hücre büyüdükçe hücre yüzeyinde yakıt üreten moleküller için yeterli alan kalmaz.

Bakterilerin basitliği, neden bu kadar küçük olduklarını açıklıyor gibi görünüyor: Büyümek için gerekli karmaşıklığa sahip değillerdi.

Ancak, Menlo Park, California’daki Karmaşık Sistemlerde Araştırma Laboratuvarı’nın kurucusu ve Dr. Voland ile ortak yazar Shalish Dett’e göre, bu sonuca aceleyle varıldı. Bilim adamları, bakteri dünyasının küçük bir bölümünü inceledikten sonra bakteriler hakkında kapsamlı genellemeler yaptılar.

“Sadece yüzeyi çizdik,” dedi, “ama çok dogmatiktik.”

Bu ortodoksluk 1990’larda çatlamaya başladı. Mikrobiyologlar, bazı bakterilerin bağımsız olarak kendi bölmelerini geliştirdiğini bulmuşlardır. Ayrıca çıplak gözle görülebilen türleri keşfettiler. epulopiscium fishelsoniörneğin, 1993’te ortaya çıktı. Bir cerrah balığının içinde yaşarken, bakteriler 600 mikron uzunluğunda büyür – bir tuz tanesinden daha büyüktür.

Thiomargarita magnifica, 2009 yılında Antiller Üniversitesi’nde biyolog olan Olivier Gros tarafından Mangrov ormanlarını araştırırken keşfedildi. Guadelup, Fransa’nın bir parçası olan bir grup Karayip adası. Mikrop, suda yüzen ölü yapraklar üzerinde bir tabaka oluşturan küçük beyaz spagetti parçalarına benziyordu.

İlk başta, Dr. Gross ne bulduğunu bilmiyordu. Spagettinin bir mantar, küçük bir sünger veya başka bir ökaryot olabileceği düşünülüyordu. Ancak o ve meslektaşları laboratuvardaki örneklerden DNA aldıklarında bunun bakteri olduğunu keşfettiler.

Dr. Gross, uzaylı yaratıkları daha yakından araştırmak için Dr. Voland ve diğer bilim adamlarıyla güçlerini birleştirdi. Bakterilerin zincirlerle birbirine yapışmış mikroskobik hücreler olup olmadığını merak ettiler.

Durumun böyle olmadığı ortaya çıktı. Araştırmacılar elektron mikroskoplarını kullanarak bakteri makarnasının içine baktıklarında, her birinin kendi dev hücresi olduğunu fark ettiler. Ortalama bir hücrenin uzunluğu yaklaşık 9.000 mikrondur ve en büyüğü 20.000 mikrondur – bir peni çapını kaplayacak kadar uzun.

Thiomargarita magnifica çalışmaları yavaş ilerledi çünkü Dr. Valante ve meslektaşları bakteriyi laboratuvarlarında nasıl büyüteceklerini henüz çözemediler. Şu anda, Dr. Gross, ekip her yeni deney yapmak istediğinde yeni bir bakteri kaynağı toplamak zorundadır. Onu sadece yapraklarda değil, mangrov ormanındaki kükürt bakımından zengin tortularda bulunan istiridye kabukları ve plastik şişelerde de bulabilir. Ancak bakteriler beklenmedik bir yaşam döngüsü izliyor gibi görünüyor.

Dr. Gross, “Son iki aydır onları bulamadım,” dedi. “Onların nerede olduğunu bilmiyorum.”

Araştırmacılar, Thiomargarita magnifica hücrelerinin içinde garip ve karmaşık bir yapı keşfettiler. Zarlarının içinde yerleşik farklı tipte bölmeler vardır. Bu bölmeler hücrelerimizdekilerden farklıdır, ancak Thiomargarita magnifica’nın çok büyük boyutlara ulaşmasına izin verebilirler.

Odaların bazıları, mikropların mangrov ormanlarında tükettiği nitratlar ve diğer kimyasallardaki enerjiyi kullanabildiği yakıt tesisleri gibi görünüyor.

Thiomargarita magnifica, insan çekirdeğine oldukça benzeyen başka bölmeler de içerir. Bilim adamlarının kivi gibi bir meyvenin içindeki minik tohumlardan sonra pepin adını verdikleri her bölmede bir DNA halkası bulunur. Tipik bir bakteri hücresi yalnızca bir DNA halkası içerirken, Thiomargarita magnifica’da her biri kendi pipetinin içine yerleştirilmiş yüzbinlerce DNA vardır.

En önemlisi, her Pepin kendi DNA’sından proteinler oluşturmak için fabrikalar içerir. Louis’deki Washington Üniversitesi’nde mikrobiyolog olan ve araştırmaya dahil olmayan Petra Levine, “Hücrelerin içinde temelde küçük hücreler var” dedi.

Thiomargarita magnifica’nın devasa DNA kaynağı, ihtiyaç duyduğu ek proteinleri yapmasına izin verebilir. Her Pepin, kendi bakteri bölgesinde ihtiyaç duyulan özel protein grupları yapabilir.

Dr. Voland ve meslektaşları, bakterileri kültürlemeye başladıktan sonra bu hipotezleri doğrulayabileceklerini umuyorlar. Ayrıca bakterilerin moleküler bir iskelet olmadan nasıl bu kadar sert olabileceği gibi diğer gizemleri de çözecekler.

Dr. Foland, “Bir tutam suyu cımbızla alıp başka bir kaba koyabilirsiniz” dedi. “Nasıl bir arada tutuluyor ve nasıl şekilleniyor – bunlar cevaplayamadığımız sorular.”

Dr. Deet, bulunmayı bekleyen, belki de Thiomargarita magnifica’dan bile daha fazla dev bakteri olabileceğini söyledi.

“Ne kadar ulaşabilirler, gerçekten bilmiyoruz” dedi. “Ama şimdi, bu bakteriler bize yolu gösterdi.”