肉眼可見的巨型細(xì)菌具有前所未有的新陳代謝類型

科學(xué)家們首次對(duì)一種神秘的巨型細(xì)菌的基因組進(jìn)行了測(cè)序，這種細(xì)菌可以在沒有顯微鏡的情況下看到。

關(guān)于它們的繁殖策略、生存機(jī)制和獨(dú)特的代謝機(jī)制（類似于線粒體）的發(fā)現(xiàn)有朝一日可能有助于開發(fā)可持續(xù)能源技術(shù)和提高農(nóng)業(yè)效率。

Epulopiscium（埃普洛皮斯菌屬）細(xì)菌共生生活在魚的內(nèi)臟中，Naso tonganus,在熱帶海洋環(huán)境中。在大多數(shù)細(xì)菌太小而無(wú)法在沒有顯微鏡的情況下看到的地方，這些單細(xì)胞猛犸象的體積是其已知親戚的一百萬(wàn)倍，大腸桿菌，這意味著它們可以用肉眼辨認(rèn)出來(lái)。

“這種令人難以置信的巨型細(xì)菌在很多方面都是獨(dú)特而有趣的，”說(shuō)美國(guó)康奈爾大學(xué)的微生物學(xué)家Esther Anert?！敖沂具@種生物體的基因組潛力讓我們大吃一驚。

第一位成員Epulopiscium（埃普洛皮斯菌屬）——其名字來(lái)自拉丁語(yǔ)中的“客人”和“魚”——于 1985 年被發(fā)現(xiàn)。

安格特和她的美國(guó)同事為他們研究的物種命名Epulopiscium viviparus（胎生孢子菌）：第二個(gè)詞指的是導(dǎo)致活產(chǎn)的繁殖。

雖然細(xì)菌通常會(huì)分成兩半以產(chǎn)生兩個(gè)新的細(xì)菌，E. viviparus （薇薇帕魯斯大腸桿菌）可以在母細(xì)胞內(nèi)形成多達(dá) 12 個(gè)副本，然后游到世界上。

由于無(wú)法在實(shí)驗(yàn)室中生長(zhǎng)，這種巨大的細(xì)菌仍然是生物界的好奇心。所以要學(xué)習(xí)E. viviparus （薇薇帕魯斯大腸桿菌），研究人員必須捕獲它生活的魚，并盡快仔細(xì)收集細(xì)胞進(jìn)行DNA測(cè)序和轉(zhuǎn)錄組分析。

大多數(shù)細(xì)菌要么使用氧氣呼吸，要么通過以下方式從環(huán)境中獲取能量發(fā)酵，這通常會(huì)導(dǎo)致能源產(chǎn)生減少。

E. viviparus （薇薇帕魯斯大腸桿菌）碰巧是一個(gè)發(fā)酵罐，但這令人費(fèi)解，因?yàn)樗艽螅敝逞杆?，并且可以游泳——所有這些都需要相對(duì)大量的能量。

看起來(lái)這些細(xì)菌已經(jīng)優(yōu)化了它們的新陳代謝，使其適應(yīng)了富含鈉離子的魚類腸道環(huán)境。鈉離子流過細(xì)胞膜會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的“鈉動(dòng)力”，用于產(chǎn)生能量并旋轉(zhuǎn)其毛發(fā)狀附屬物，稱為鞭毛用于運(yùn)動(dòng)。

這種鈉動(dòng)力也為鞭毛運(yùn)動(dòng)提供動(dòng)力霍亂弧菌,引起霍亂的細(xì)菌。

研究小組還發(fā)現(xiàn)了一大塊遺傳密碼E. viviparus （薇薇帕魯斯大腸桿菌）使酶能夠有效地從宿主魚中提取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，特別是從藻類中提取稱為多糖的碳水化合物，這些碳水化合物構(gòu)成了藻類的很大一部分湯加努斯奈瑟菌節(jié)食。

E. viviparus （薇薇帕魯斯大腸桿菌）具有豐富的酶，使ATP酸加也是支持各種細(xì)胞過程的“能量貨幣”。他們?cè)谝粋€(gè)獨(dú)特的膜中發(fā)現(xiàn)了這些分子的空間，類似于線粒體更復(fù)雜的生物體。

“我們都知道”線粒體是細(xì)胞的動(dòng)力源“這句話，令人驚訝的是，這些膜E. viviparus （薇薇帕魯斯大腸桿菌）與線粒體趨同于同一模型，“安格特說(shuō).

“它們有一個(gè)高度折疊的膜，增加了這些產(chǎn)生能量的泵可以工作的表面積，而增加的表面積創(chuàng)造了一個(gè)強(qiáng)大的能量源。

E. viviparus （薇薇帕魯斯大腸桿菌）利用藻類中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的有效方法在未來(lái)可能會(huì)有很多用途。藻類作為一種可再生能源、牲畜和人類的食物來(lái)源正變得越來(lái)越受歡迎，因?yàn)樗纳L(zhǎng)不會(huì)干擾陸基農(nóng)業(yè)。

還有一些謎團(tuán)有待解開。正如Anert及其同事所指出的，需要進(jìn)一步的研究才能完全理解如何E. viviparus （薇薇帕魯斯大腸桿菌）使用其酶庫(kù)。但這為了解他們的生長(zhǎng)需求提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

“我們發(fā)現(xiàn)迄今為止已知最大的細(xì)菌沒有被分離出來(lái)，這很了不起，”作者說(shuō)寫.“這表明細(xì)菌龐然大物經(jīng)過高度調(diào)整，可以在它們進(jìn)化的環(huán)境中生存。

該研究已發(fā)表在美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊.

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