肉眼可見的巨型細菌具有前所未有的新陳代謝類型

科學家們首次對一種神秘的巨型細菌的基因組進行了測序，這種細菌可以在沒有顯微鏡的情況下看到。

關于它們的繁殖策略、生存機制和獨特的代謝機制（類似于線粒體）的發(fā)現有朝一日可能有助于開發(fā)可持續(xù)能源技術和提高農業(yè)效率。

Epulopiscium（埃普洛皮斯菌屬）細菌共生生活在魚的內臟中，Naso tonganus,在熱帶海洋環(huán)境中。在大多數細菌太小而無法在沒有顯微鏡的情況下看到的地方，這些單細胞猛犸象的體積是其已知親戚的一百萬倍，大腸桿菌，這意味著它們可以用肉眼辨認出來。

“這種令人難以置信的巨型細菌在很多方面都是獨特而有趣的，”說美國康奈爾大學的微生物學家Esther Anert。“揭示這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）——其名字來自拉丁語中的“客人”和“魚”——于 1985 年被發(fā)現。

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

雖然細菌通常會分成兩半以產生兩個新的細菌，E. viviparus （薇薇帕魯斯大腸桿菌）可以在母細胞內形成多達 12 個副本，然后游到世界上。

由于無法在實驗室中生長，這種巨大的細菌仍然是生物界的好奇心。所以要學習E. viviparus （薇薇帕魯斯大腸桿菌），研究人員必須捕獲它生活的魚，并盡快仔細收集細胞進行DNA測序和轉錄組分析。

大多數細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，這通常會導致能源產生減少。

E. viviparus （薇薇帕魯斯大腸桿菌）碰巧是一個發(fā)酵罐，但這令人費解，因為它很大，繁殖迅速，并且可以游泳——所有這些都需要相對大量的能量。

看起來這些細菌已經優(yōu)化了它們的新陳代謝，使其適應了富含鈉離子的魚類腸道環(huán)境。鈉離子流過細胞膜會產生強大的“鈉動力”，用于產生能量并旋轉其毛發(fā)狀附屬物，稱為鞭毛用于運動。

這種鈉動力也為鞭毛運動提供動力霍亂弧菌,引起霍亂的細菌。

研究小組還發(fā)現了一大塊遺傳密碼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養(yǎng)物質，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胞過程的“能量貨幣”。他們在一個獨特的膜中發(fā)現了這些分子的空間，類似于線粒體更復雜的生物體。

“我們都知道”線粒體是細胞的動力源“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.

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

E. viviparus （薇薇帕魯斯大腸桿菌）利用藻類中營養(yǎng)物質的有效方法在未來可能會有很多用途。藻類作為一種可再生能源、牲畜和人類的食物來源正變得越來越受歡迎，因為它的生長不會干擾陸基農業(yè)。

還有一些謎團有待解開。正如Anert及其同事所指出的，需要進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。但這為了解他們的生長需求提供了堅實的基礎。

“我們發(fā)現迄今為止已知最大的細菌沒有被分離出來，這很了不起，”作者說寫.“這表明細菌龐然大物經過高度調整，可以在它們進化的環(huán)境中生存。

該研究已發(fā)表在美國國家科學院院刊.

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