《科学》：见过【大】细菌么你
*仅供医学专业人士阅读参考
细菌能有多大？大多数长度约为2μm，再大一些的能到750μm。反正都是要用显微镜才能见到的。
那更大的细菌见过没？肉眼可见的细菌见过没？
顶刊《科学》，这不就带我们来见世面了。安第列斯圭亚那大学Olivier Gros教授和他的研究团队在瓜德罗普岛红树林中发现了一种巨型细菌Candidatus Thiomargarita magnifica（华丽硫珠菌），不仅平均长度将近1cm，达到肉眼可见的程度，并且细胞中存在膜结构的单独区室，遗传物质DNA就储存在这些单独的膜结构中。
种种发现都在对传统的细菌概念提出巨大的挑战。
论文截图
华丽硫珠菌的发现，是个实实在在的意外。
2009年，Olivier Gros教授在红树林中研究生态系统。在翻找沉积物时，他发现了一些1cm左右长的白色细丝。他把样品带回实验室，16S rRNA测序结果告诉他，这是一个细菌。
没错，一条细丝，就是一个细菌。
之前不是没有过这种超长的细丝状细菌，一些大型硫细菌可以形成很长的细丝，长度可达几厘米，但是这个长度是由数千个不超过200mm细胞们组成的。研究人员利用硬X射线断层扫描和激光扫描显微镜再次确认了好几遍，每根细丝中部没有间隔，它确实是一个单个细胞。
细胞从底部一直到茎尖才显示第一次收缩
细菌生长主要依赖化学扩散进行生长代谢，而化学扩散的效率较低，导致大部分细菌不容易“长大”。华丽硫珠菌的中央有一个非常大的中央液泡，由于液泡的挤压，大部分细胞质都处在管状菌体的顶端部位，这反倒方便了细菌只在边缘位置进行化学扩散，最终突破了传统认知中的细菌长度极限，是其他已知巨型细菌的50倍。
不同大小的细菌和真菌
同时，与之前发现的巨型细菌一样，华丽硫珠菌也是个不折不扣的多倍体，包含了大量的基因组拷贝，每毫米细丝的平均基因组拷贝数达到了36880±7956，而完全生长的2cm细胞，拷贝数达到737598±159115，比其他的巨型细菌足足高出一个数量级。总序列长度更是达到11.5-12.2Mb，是平均细菌基因组长度的2-3倍，妥妥的处于细菌基因组大小的上限。基因组包含11788个基因，是原核生物中位基因数（3935）的3倍多，甚至比模式真菌Aspergillus nidulans的基因数还要多。
在解读这些基因功能的过程中，我们也能对华丽硫珠菌拥有巨大外型的原因略窥一二。华丽硫珠菌的基因组缺失了很多关于细胞分裂的核心基因，而有关细胞伸长的基因却发生了重复。
Ca. Thiomargarita基因组显示分裂基因的缺失和伸长基因的重复
实验室观察显示，华丽硫珠菌的分裂是通过颈部顶端分裂出芽进行的，表现出一种二态性发育周期。由于分裂的不对称，只有一小部分的“父代”基因拷贝传递到子代细胞中，就像把“生殖系基因组”传递给了子代。
华丽硫珠菌内有一个占据总体积70%左右的中央液泡，还有许多致密的膜结构，表现为直径1.31mm左右的膜区室，研究人员将这些类似于细胞器的结构命名为“pepin”。DAPI染色显示，华丽硫珠菌的DNA就集中在这些pepin中。这也是让研究人员震惊的另一个地方，细菌的遗传物质竟然也会与膜结合。
被液泡挤压的细胞质和细胞边缘的pepin
在之前的发现中，只有极少数细菌含有膜结构的细胞器。而在这一次的研究中，更是发现了细菌的遗传物质与膜结构的结合，表现出更加高度进化的细菌形态，挑战着人类对于细菌的认知。
在这之后，我们还将发现什么让人瞠目结舌的新生物呢？更巨大的细菌？更巨大的病毒？或者，更更巨大的动植物？
让我们一起期待~
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参考文献：
[1] Volland J M, Gonzalez-Rizzo S, Gros O, et al. A centimeter-long bacterium with DNA contained in metabolically active, membrane-bound organelles[J]. Science, 2022, 376(6600): 1453-1458.
[2] https://www.sciencedaily.com/releases/2022/06/220623140544.htm
本文作者丨王雪宁