Гигантская водная бактерия — мастер адаптации

Крупнейшая пресноводная бактерия, Achromatium oxaliferum, обладает высокой гибкостью в требованиях к среде обитания. Исследователи под руководством Института пресноводной экологии и внутреннего рыболовства им. Лейбница (IGB) обнаружили, что она живёт в местах, резко различающихся по условиям, таких как горячие источники и ледяная вода.

Бактериальные штаммы из разных экосистем не отличаются по содержанию генов, а выбирают, какие из них экспрессировать. Адаптация, вероятно, достигается за счёт уникального для этих бактерий процесса: только релевантные гены обогащаются в геномах и транскрибируются, в то время как другие архивируются в клеточных компартментах.

Универсальный обитатель

Achromatium особенная во многих отношениях:

• Она в 30 000 раз крупнее обычных водных бактерий.
• Благодаря отложениям кальцита видна невооружённым глазом.
• Имеет несколько сотен хромосом, которые, скорее всего, не идентичны. Это делает Achromatium единственной известной бактерией с несколькими различными геномами.

Анализ баз данных последовательностей осадков показал, что Achromatium универсальна. Она встречается в широком спектре сред:

• На мелководье и в океане на глубине 4000 метров.
• В горячих источниках и ледяной воде.
• В кислых и щелочных средах, а также в гиперсолёных водах.

Обычно такой широкий диапазон условий привёл бы к образованию новых видов, адаптированных к конкретной среде. Однако Achromatium опровергает это ожидание. Обладая равным функционалом, бактерии в различных экосистемах различаются паттернами экспрессии генов, транскрибируя только релевантные гены.

Компартменты как генный архив

Учёные предполагают, что адаптация Achromatium к среде происходит за счёт увеличения числа копий релевантных генов на сотнях хромосом клетки. Это резко контрастирует с другими бактериями, которые в конечном итоге теряют нерелевантные гены. Таким образом, высокое число геномов делает возможной универсальность.

Achromatium заполнена кристаллами карбоната кальция, расположенными между внешней и цитоплазматической мембранами. Эти кристаллы складывают цитоплазматическую мембрану, образуя карманы цитоплазмы. Исследователи предполагают, что в этих карманах находятся кластеры хромосом, которые позволяют Achromatium «архивировать» гены, не используемые в данный момент.

Уникальность каждой клетки

Функциональная универсальность Achromatium и её геномные особенности противоречат известным концепциям, например, понятию вида бактерий и движущим силам видообразования. У Achromatium материнская и дочерняя клетки, вероятно, не идентичны, и каждая клетка уникальна, содержа множество генов, некоторые из которых не являются необходимыми для жизни в конкретной среде. Таким образом, каждая клетка сохраняет потенциал для быстрой адаптации к изменяющимся или новым условиям окружающей среды.