Για πρώτη φορά, οι επιστήμονες κατέγραψαν την αλληλουχία του γονιδιώματος ενός μυστηριώδους είδους γιγάντιου βακτηρίου, το οποίο είναι ορατό με γυμνό μάτι.
Οι ανακαλύψεις σχετικά με τις
αναπαραγωγικές στρατηγικές τους, τους μηχανισμούς επιβίωσης και τους ξεχωριστούς μεταβολικούς μηχανισμούς τους
– που μοιάζουν με τα μιτοχόνδρια – μπορεί μια μέρα να είναι χρήσιμες για την
ανάπτυξη βιώσιμων ενεργειακών τεχνολογιών και την αύξηση της αποδοτικότητας στη γεωργία.
Τι είναι τα βακτήρια Epulopiscium
Τα βακτήρια
Epulopiscium
ζουν συμβιωτικά στα έντερα ενός ψαριού, του
Naso tonganus
, σε τροπικά ωκεάνια περιβάλλοντα. Εκεί που τα περισσότερα βακτήρια είναι πολύ μικρά για να γίνουν αντιληπτά χωρίς μικροσκόπιο, αυτά τα μονο
κύτταρα
«μαμούθ» έχουν ένα εκατομμύριο φορές μεγαλύτερο όγκο από τους γνωστούς συγγενείς τους,
το Εσερίχια κόλι (E. coli)
, πράγμα που σημαίνει ότι μπορούν να γίνουν αντιληπτά με γυμνό μάτι.
«Αυτό το απίστευτο γιγαντιαίο βακτήριο είναι μοναδικό και ενδιαφέρον από πολλές απόψεις. Η αποκάλυψη του γονιδιωματικού δυναμικού αυτού του οργανισμού μας ξετρέλανε»
, λέει η μικροβιολόγος Esther Angert από το Πανεπιστήμιο Cornell των ΗΠΑ.
Το πρώτο μέλος του Epulopiscium -το όνομα του οποίου προέρχεται από τις λατινικές λέξεις “επισκέπτης” και “από ψάρι”- ανακαλύφθηκε το 1985. Η Angert και οι Αμερικανοί συνάδελφοί της ονόμασαν το είδος που μελέτησαν
Epulopiscium viviparus. Η δεύτερη λέξη αναφέρεται στην αναπαραγωγή που καταλήγει σε ζωντανές γεννήσεις.
Ενώ τα βακτήρια συνήθως χωρίζονται στη μέση για να δημιουργήσουν δύο νέα,
το Epulopiscium viviparus μπορεί να δημιουργήσει έως και 12 αντίγραφα του εαυτού του μέσα στο μητρικό κύτταρο, τα οποία στη συνέχεια κολυμπούν έξω στον κόσμο.
Καθώς δεν μπορούν να καλλιεργηθούν στο εργαστήριο,
αυτά τα γιγαντιαία βακτήρια παραμένουν παράξενα
αντικείμενα
του βιολογικού κόσμου.
Έτσι, για να μελετήσουν το βακτήριο Epulopiscium viviparus, οι ερευνητές έπρεπε να αιχμαλωτίσουν το ψάρι στο οποίο ζει και να συλλέξουν προσεκτικά τα κύτταρα όσο το δυνατόν γρηγορότερα για την αλληλούχιση του DNA και την ανάλυση του μεταγραφώματος.
Τα
περισσότερα βακτήρια είτε αναπνέουν χρησιμοποιώντας οξυγόνο είτε λαμβάνουν
ενέργεια
από το περιβάλλον τους
μέσω ζύμωσης, η οποία γενικά οδηγεί σε μικρότερη παραγωγή ενέργειας.
Το Epulopiscium viviparus τυχαίνει να
είναι ζυμωτής, αλλά αυτό είναι αινιγματικό επειδή είναι τεράστιο, αναπαράγεται γρήγορα και μπορεί να κολυμπήσει
– όλα αυτά απαιτούν σχετικά μεγάλες ποσότητες ενέργειας.
Φαίνεται ότι
τα βακτήρια έχουν βελτιστοποιήσει τον μεταβολισμό τους σε ένα περιβάλλον εντέρου ψαριού που είναι πλούσιο σε ιόντα νατρίου
. Η ροή ιόντων νατρίου διαμέσου των κυτταρικών μεμβρανών δημιουργεί μια ισχυρή “κινητήρια δύναμη νατρίου” για την παραγωγή ενέργειας και την περιστροφή των τριχοειδών εξαρτημάτων τους που ονομάζονται flagella για την κίνηση.
Αυτή η κινητήρια δύναμη νατρίου τροφοδοτεί επίσης την κίνηση των μαστιγίων (flagella) στο
Δονάκιο της χολέρας (Vibrio cholerae)
, το βακτήριο που προκαλεί τη χολέρα.
Η ομάδα διαπίστωσε επίσης ότι ένα
μεγάλο
μέρος του γενετικού κώδικα του E. viviparus παράγει ένζυμα που είναι εξαιρετικά αποτελεσματικά στην εξαγωγή θρεπτικών συστατικών από τα ψάρια-ξενιστές τους, ιδίως υδατανθράκων που ονομάζονται πολυσακχαρίτες από τα φύκια που αποτελούν μεγάλο μέρος της διατροφής του N. tonganus.
Το E. viviparus διαθέτει άφθονα ένζυμα που παράγουν επίσης ΑΤΡ, το “ενεργειακό νόμισμα” που υποστηρίζει μια ευρεία ποικιλία κυτταρικών διεργασιών. Ανακάλυψαν χώρο για αυτά τα μόρια σε μια μοναδική μεμβράνη, παρόμοια με τα μιτοχόνδρια των πιο πολύπλοκων οργανισμών.
«Όλοι γνωρίζουμε τη φράση “τα μιτοχόνδρια είναι η ατμομηχανή του κυττάρου”, και εκπληκτικά, αυτές οι μεμβράνες στο E. viviparus έχουν κατά κάποιο τρόπο συγκλίνει στο ίδιο μοντέλο με τα μιτοχόνδρια», ανέφερε η Angert.
Και συμπλήρωσε:
«Έχουν μια εξαιρετικά διπλωμένη μεμβράνη που αυξάνει την επιφάνεια όπου μπορούν να λειτουργήσουν αυτές οι αντλίες παραγωγής ενέργειας, και αυτή η αυξημένη επιφάνεια δημιουργεί μια μονάδα παραγωγής ενέργειας»
.
Οι
αποτελεσματικοί τρόποι αξιοποίησης των θρεπτικών συστατικών της άλγης από το E. viviparus θα μπορούσαν να έχουν πολλές χρήσεις στο
μέλλον
.
Η άλγη γίνεται όλο και πιο δημοφιλής ως πηγή ανανεώσιμης ενέργειας, ως πηγή τροφής για τα ζώα, αλλά και για τους ανθρώπους, επειδή η ανάπτυξή της δεν παρεμβαίνει στη χερσαία γεωργία.
Υπάρχουν ακόμη κάποια μυστήρια που πρέπει να λυθούν. Όπως επισημαίνουν η Angert και οι συνεργάτες της
απαιτείται περαιτέρω μελέτη για να κατανοήσουμε πλήρως τον τρόπο με τον οποίο το E. viviparus χρησιμοποιεί το οπλοστάσιο των ενζύμων του.
Αλλά αυτό παρέχει μια σταθερή βάση για την κατανόηση των απαιτήσεων ανάπτυξής τους.
«Θεωρούμε αξιοσημείωτο ότι τα μεγαλύτερα γνωστά βακτήρια έχουν μέχρι στιγμής διαφύγει της απομόνωσης. Αυτό υποδηλώνει ότι τα βακτηριακά μεγαθήρια είναι εξαιρετικά ρυθμισμένα ώστε να επιβιώνουν στα περιβάλλοντα στα οποία εξελίχθηκαν» αναφέρουν οι συγγραφείς της
μελέτης που δημοσιεύθηκε στο Proceedings of the National Academy of Sciences.
VIA:
FoxReport.gr
