La majoria de cèl·lules bacterianes fan 2 μm de longitud (0,002 mm), però n’hi ha d’encara més petites (nanobacteris). És clar que també n’hi ha que fan desenes o centenars de micres, i així cèl·lules de Thiomargarita namibiensis poden arribar a 750 μm (0,75 mm). Tècnicament, un objecte que depassa 0,1 mm ja entra en l’àmbit d’allò visible. Jean-Marie Volland, Tanja Woyke i Shailesh V. Date han liderat una recerca en la que se’ns descriu un bacteri d’un centímetre de llargada, en el qual l’ADN es troba compartimentat en orgànuls membranosos. Volland et al. han utilitzat tècniques de microscòpia de fluorescència, de raigs i X i d’electromicrografia, combinades amb seqüenciació genòmica, per proposar com a candidat a espècie “Thiomargarita magnifica”. La longitud cel·lular mitjana és de 9 mm, la qual cosa depassa els límits teòrics de la mida d’una cèl·lula procariota. “Thiomargarita magnifica” assoleix aquestes dimensions gràcies a una sèrie de trets remarcables: un genoma gran que es troba en un nombre de 500.000 còpies per cèl·lula; un cicle vital dimòrfic que inclou una segregació asimètrica de les còpies genòmiques; una compartimentació del material genòmic i de la transcripció i traducció del genoma en orgànuls vinculats a membrana; etc.
Fins ara hom creia que “Thiomargarita namibiensis” (en la imatge) disposava de les cèl·lules bacterianes més grans, arribant a 0,75 mm. Però Volland et al. descriuen una espècie del mateix gènere que ho supera en més d’un ordre de magnitud.
Els límits de la cèl·lula procariota
Bacteris i arqueons comparteixen una organització cel·lular procariòtica, en la qual no hi ha un nucli cel·lular diferenciat del citoplasma. La manca de compartimentació explica en part que les cèl·lules procariotes tinguin mides d’unes poques micres. No obstant, s’han descrit bacteris gegants en quatre divisions diferents. Val a dir, però, que els bacteris gegants fan desenes o centenars de micres. Per exemple, les cèl·lules bacterianes més grans conegudes fins ara són les del gammaproteobacteri oxidador del sofre Thiomargarita namibiensis, que poden arribar a 750 μm, si bé la vida mitjana és de 180 μm. En qualsevol cas, els bacteris gegants assoleixen mides perfectament comparables a les cèl·lules eucariotes.
Volland et al. descriuen una espècie de Thiomargarita fins ara desconeguda (com la immensa majoria d’espècies bacterianes, val a dir). És un bacteri filamentós sèssil que viu en un ambient marí sulfúric. Les cèl·lules d’aquesta “Thiomargarita magnifica” són 50 vegades més grans que els bacteris gegants més grans coneguts fins ara. També és remarcable la poliploïdia que presenten: cadascuna d’aquestes cèl·lules gegants conté vora mig milió de còpies de l’ADN genòmic. Hi ha un dimorfisme en el seu cicle vital: la cèl·lula gegant projecte cèl·lules filles més petites, que serien responsables de la dispersió. La divisió cel·lular, doncs, es del tot asimètrica, com també ho és el repartiment de l’ADN genòmic.
Cada filament de Th. magnifica és, en realitat, una sola cèl·lula. Aquests filaments fan de mitjana uns 9 mm. El material genètic i els ribosomes es troben en orgànuls membranosos, cosa poc freqüent (per bé que no desconeguda) entre les cèl·lules procariotes.
Volland et al. han seqüenciat i analitzat el genoma de cinc cèl·lules aïllades de Th. magnifica, la qual cosa els ha permès de descriure mecanismes de divisió i elongació cel·lular.
Filaments bacterians monocel·lulars
Th. margarita entra en la categoria de “grans bacteris del sofre”. Entre aquests bacteris es formen filaments molt llargs, que en alguns casos poden fer diversos centímetres. Ara bé, aquests filaments habitualment consisteixen en cadenes de milers de cèl·lules individuals: són cèl·lules gegants, però que no depassen els 200 μm.
Així doncs, d’entrada, quan Volland et al. observaven rams estacionals blancs de Thiomargarita creixent damunt de fulles enfonsades de Rhizophora mangle en manglars de l’illa de Guadeloupe, trobaven una imatge habitual en ambients sulfúrics. Thiomargarita és un gènere de gammaproteobacteris que oxiden sofre, i així hom els troba en entorns rics en metà de les profunditats marines. Ara bé, els filaments dels manglars de Guadalupe eren d’aparença llisa i no presentaven ni epibiota ni una matriu mucosa. Les dimensions dels filaments eren de 9,72 ± 4,25 mm, i acabaven en forma d’una cadena de gemmes. L’observació microscòpica indicava que únicament les constriccions apicals eren cèl·lules individuals: d’una a quatre per filalment, i amb unes dimensions de 0,21 ± 0,05 mm. Els filaments més grans arribaven a 2 cm de longitud, la qual cosa depassava les dimensions conegudes fins ara entre els grans bacteris filamentosos del sofre.
Que els filaments de “T. magnifica” eren cèl·lules individuals ho constataren per tomografia de raigs X i per microscòpia confocal de làser, utilitzant com a contrast de les membranes cèl·lules tetròxid d’osmi o el tint fluorescent FM 1-43x. Pel microscòpia electrònica de transmissió, també constataven que cada secció filamentosa, amb longituds de fins a 850,6 μm, era envoltada per la mateixa membrana cel·lular. Els filaments de “T. magnifica” són doncs monocel·lulars en tota l’extensió (llevat de les gemmes de l’extrem apical), sense que hi hagi septes divisoris.
Com passa en general entre els grans bacteris del sofre, la major part del volum cel·lular és ocupat per una gran vacuola central. En el cas de “T. magnifica” el 73,2 ± 7,5% del volum cel·lular total és ocupat per una única i llarga vacuola. Així doncs, el citoplasma queda restringit a la perifèria de la cèl·lula, amb un gruix de 3,34 ± 1,48 μm, és a dir un valor més típic de cèl·lula procariota.
El microscopi òptic detecta en les cèl·lules grànuls refràctils, que en el microscopi electrònic apareixen com a vesícules electrolucents de 2,40 ± 1,03 μm. L’espectroscòpia dispersiva de raigs X indica que es tracta dels grànuls de sofre.
L’embolcall cel·lular consta d’una membrana citoplasmàtica damunt de la qual hi ha una gruixuda capa externa.
Un nou tipus d’orgànul bacterià membranós
El citoplasma es troba compartimentat en regions denses de 1,31 ± 0,70 mm. És en aquests orgànuls membranosos on es conté el genoma i la maquinària per a la transcripció i traducció. La tinció de les cèl·lules amb DAPI mostra, efectivament, que l’ADN de “T. magnifica” es concentra en grànuls. Al microscopi electrònic, aquests orgànuls s’associen també a estructures electrodenses de 10 a 20 nm, que recorden als grànuls de Palade, és a dir els ribosomes.
Aquests orgànuls membranosos es troben escampats per tota la cèl·lula. Volland et al. proposen denominar-los com a “pepins”, en el sentit que recorden a les petites llavors d’una síndria o d’un kiwi.
Tots els bacteris gegants coneguts són poliploides, és a dir que cada cèl·lula conté un nombre múltiple de còpies genòmiques (de desenes a desenes de milers). En aquest sentit, cada cèl·lula gegant es com si fos una reunió de protocèl·lules. Cada cèl·lula de “T. magnifica” té 36.880 ± 7.956 còpies genòmiques per mil·límetre de filament, de manera que un filament de 2 cm de llarg tindria 737.598 ± 159.115 còpies. Es tracta de l’exemple més extrem de poliploïdia conegut.
Volland et al. han seqüenciat el genoma de cinc filaments individuals procedents d’una mateixa fulla enfonsada de mangle. El genoma total fa entre 11,5 i 12,2 milions de parells de nucleòtids, la qual cosa el situa en la banda més gran de la diversitat de mida de genomes procariòtics. El genoma del filament 4 conté un total de 11.788 gens, dels quals tan sols la meitat presenta dades funcionals en les actuals bases de dades.
El genoma de “T. magnifica” conté un ample ventall de gens per a l’oxidació del sofre i la fixació de carboni. Això fa pensar que és un organisme quimioautotròfic, concretament tioautotròfic: l’energia aconseguida per l’oxidació del sofre és utilitzada per a la síntesi de matèria orgànica nova. Manquen, però, bona part dels gens per a la reducció de nitrats. S’hi detecta un alt nombre de gens del metabolisme secundari, la qual cosa pot explicar la manca d’epibiota per la secreció de toxines. Hi ha una riquesa de gens vinculats a la morfologia cel·lular.
El cicle vital de “T. magnifica”
Volland et al. han observat espècimens vius de “T. magnifica” en el laboratori. Les gemmes apicals dels filaments funcionarien com a cèl·lules de dispersió. Eventualment, aquestes cèl·lules es fixen al substrat i comencen a créixer en forma de filaments.
Del mig milió de genomes presents en un filament, sembla que és una subpoblació la que és vehiculada a les cèl·lules filles apicals. És remarcable que en un organisme unicel·lular hi hagi aquesta diferenciació entre línia somàtica i línia germinal. I és que “T. magnifica” és un organisme unicel·lular, però també un organisme pluripepinar.
Lligams:
- A centimeter-long bacterium with DNA compartmentalized in membrane-bound organelles. Jean-Marie Volland, Silvina Gonzalez-Rizzo, Olivier Gros, Tomáš Tyml, Natalia Ivanova, Frederik Schulz, Danielle Goudeau, Nathalie H Elisabeth, Nandita Nath, Daniel Udwary, Rex R Malmstrom, Chantal Guidi-Rontani, Susanne Bolte-Kluge , Karen M Davies, Maïtena R Jean, Jean-Louis Mansot, Nigel J Mouncey, Esther Angert, Tanja Woyke, Shailesh V Date. (2022)
Cap comentari:
Publica un comentari a l'entrada