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肉眼可见的巨型细菌有一种从未见过的新陈代谢方式

发表时间:2024/01/18 00:55:04  浏览次数:2125  
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科学家们首次对一种不用显微镜就能看到的神秘巨型细菌的基因组进行了测序。

关于它们的繁殖策略、生存机制和独特的代谢机制(类似于线粒体)的发现,可能有一天会对开发可持续能源技术和提高农业效率有用。

在热带海洋环境中,刺骨鱼属菌共生生活在一种鱼的内脏中。大多数细菌都太小了,没有显微镜是看不见的,而这些单细胞“猛犸象”的体积是它们众所周知的近亲大肠杆菌的一百万倍,这意味着,它们可以用肉眼辨认出来。

美国康奈尔大学的微生物学家埃丝特·安杰特(Esther Angert)说:“这种令人难以置信的巨型细菌在很多方面都是独特而有趣的。揭示这种生物的基因组潜力让我们大吃一惊。”

刺骨鱼属菌(Epulopiscium)的第一个成员于1985年被发现,这个名字来自拉丁语中的“客人”和“鱼”。

安杰特和她的美国同事将他们研究的物种命名为“Epulopiscium viviparus”:第二个词指的是导致活产的生殖。

细菌通常会分裂成两半,产生两个新的细胞,而“Epulopiscium viviparus”可以在母体细胞内复制多达12个自己,然后游到外面的世界。

由于无法在实验室中培养,这种巨型细菌仍然是生物界的珍品。因此,为了研究“Epulopiscium viviparus”,研究人员必须捕获它生活的鱼,并尽可能快地仔细收集细胞,以便进行DNA测序和转录组分析。

大多数细菌要么利用氧气呼吸,要么通过发酵从环境中获取能量,这通常导致较少的能量产生。

“Epulopiscium viviparus”恰好是一种发酵剂,但这令人困惑,因为它体型巨大,繁殖迅速,而且会游泳 —— 所有这些都需要相对大量的能量。

看起来细菌已经优化了它们的新陈代谢,适应了富含钠离子的鱼肠道环境。钠离子穿过细胞膜的流动产生了强大的“钠动力”,用于制造能量,并旋转它们的毛发状附属物 —— 鞭毛,以便运动。

这种钠动力也为霍乱弧菌(Vibrio cholerae)的鞭毛运动提供动力,霍乱弧菌是引起霍乱的细菌。

研究小组还发现,“Epulopiscium viviparus”的一大部分遗传密码可以制造酶,这些酶可以高效地从宿主鱼类中提取营养物质,尤其是从藻类中提取被称为多糖的碳水化合物。

“Epulopiscium viviparus”也有大量的酶可以制造ATP, ATP是支持多种细胞过程的“能量货币”。他们在一个独特的膜中发现了这些分子的空间,类似于更复杂生物体的线粒体。

安杰特说:“我们都知道‘线粒体是细胞的发电站’这句话,令人惊讶的是,‘Epulopiscium viviparus’的这些膜与线粒体的模式相同。”

“它们有一个高度折叠的膜,增加了这些能量产生泵工作的表面积,而增加的表面积创造了一个强大的能量。”

“Epulopiscium viviparus”利用藻类营养的有效方法在未来可能会有很多用途。藻类作为一种可再生能源、牲畜和人类的食物来源正变得越来越受欢迎,因为它的生长不会干扰陆地农业。

但是,仍有一些未解之谜。正如安杰特及其同事指出的那样,需要进一步的研究来完全了解“Epulopiscium viviparus”是如何使用它的酶库的。这为理解它们的生长需求提供了坚实的基础。

作者写道:“我们发现,迄今为止,已知最大的细菌没有被分离出来,这一点很了不起。这表明,细菌庞然大物经过高度调整,能够在它们进化的环境中生存。”

这项研究发表在《美国国家科学院院刊》上。

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