Een nieuw ontdekte bacterie, Thiomargarita magnifica, is duizenden keren groter dan gewone bacteriën. Je kunt hem met het blote oog zien. Bovendien bevatten zijn cellen een bijzondere structuur die niet eerder bij bacteriën is gezien.
De grootste bekende bacterie ter wereld is gevonden in de tropische mangroven van Guadeloupe, in het Caribisch gebied. De nieuwe bacterie is ongeveer een centimeter lang.
‘Toen ik in 2009 onderwater monsters aan het verzamelen was, trof ik lange witte draden aan, die vastzaten aan de bladeren van een mangroveboom. Gezien hun grootte dacht ik eerst dat het om een soort eukaryoot [dier, plant of schimmel] ging’, zei bioloog Olivier Gros van de Universiteit van de Antillen tijdens een persconferentie.
Frans de Waal (1948-2024): ‘Zo speciaal zijn wij mensen niet’
Primatoloog Frans de Waal is op 14 maart 2024 overleden. In juni 2019 interviewde New Scientist De Waal. De les die hij meegaf: ‘zo speciaal zijn wi ...
Klein is fijn
De meeste bacteriën zijn slechts 2 micrometer (ofwel 0,002 millimeter) lang. Veel groter dan dat is niet gebruikelijk omdat bacteriën het beste functioneren bij een bepaalde verhouding tussen oppervlakte en volume. Bovendien zou een groter formaat hun bewegingsmogelijkheden beperken.
Toch zijn er bacteriën die groter worden. Eén soort, Thiomargarita nelsonii, wordt bijvoorbeeld tot wel 750 micrometer lang. Dit is echter nog steeds binnen de verwachte theoretische grenzen.
Gros en zijn collega’s ontdekten dat de nieuwe bacterie, Thiomargarita magnifica, een volume heeft dat ongeveer vijftig keer zo groot is als dat van T. nelsonii. Deze bacterie doorbreekt daarmee het traditionele verwachtingspatroon. ‘Ze zijn veel groter dan wat gezien werd als de maximale grootte voor bacteriën’, zei teamlid Jean-Marie Volland van het Amerikaanse Lawrence Berkeley-laboratorium op de persconferentie.
‘Het is alsof wij mensen een ander mens tegenkomen dat zo groot is als de Mount Everest. Dat was natuurlijk een hele verrassing’, zegt Volland.
Beperkte energievoorraad
De grootte van bacteriën is gewoonlijk beperkt doordat de moleculen die zij gebruiken om zichzelf van energie te voorzien, ATP geheten, worden gemaakt met behulp van enzymen in hun celmembraan. Er is dus maar een beperkte hoeveelheid energie beschikbaar om te groeien.
Door de cellen van T. magnifica in beeld te brengen, onthulden de onderzoekers hoe deze bacterie de regels breekt. De cellen van T. magnifica blijken een uitgebreid netwerk van membranen te bezitten, dat is bezaaid met ATP-producerende enzymen. Hierdoor kunnen de bacteriën ondanks hun grote omvang toch in hun energiebehoeften voorzien.
Dunne draadjes
Eén uiteinde van elke bacterie grijpt zich vast aan oppervlakken, zoals blaadjes op de bodem van de mangrove. De rest van de bacterie strekt zich uit in het water. Hoe de bacterie zich precies vasthoudt, is nog niet bekend.
‘Ik vond ze op oesterschelpen, bladeren en takken, maar ook aan glazen en plastic flessen, en touwen’, zei Gros. ‘De hoogste concentratie Thiomargarita magnifica die ik aantrof, zat op plastic tasjes in de mangroven.’
Het team denkt dat de bacteriën hun dunne, lange vorm evolueerden doordat ze hiermee zowel bij de zwavelrijke bodem van de mangroven konden, als de zuurstof in het water erboven. Door een brug te slaan tussen deze twee chemische materialen, lijken de bacteriën energie op te wekken, stelt Volland.
Bijzondere celstructuur
De onderzoekers gaven de celmembranen van de T. magnifica-cellen een kleurtje. Zo ontdekten ze dat het DNA en de ribosomen (de eiwitfabriekjes) in de cellen van de bacteriën zitten opgeslagen in zakjes die bestaan uit celmembraanmateriaal. Dat is gewoonlijk alleen het geval bij complexere cellen, zoals die van planten en dieren.
‘Bij de meeste bacteriecellen zweeft het DNA vrijelijk rond in de cel’, zei Volland. ‘Deze zakjes in T. magnifica zijn een compleet nieuw type celcompartiment voor bacteriën. We hebben ze pepins genoemd, Frans voor ‘pitjes’ zoals die in vruchten zitten.’
Bestiarium
Ondanks zijn ongebruikelijke eigenschappen vertoont T. magnifica veel genetische overeenkomsten met andere leden van de Thiomargarita-groep van bacteriën. Hij past netjes in de genetische stamboom.
‘Het is altijd mooi als er een ongewone bacterie wordt toegevoegd aan het microbiële bestiarium’, zegt moleculair bioloog Paulus Schavemaker van de Rijksuniversiteit Groningen, die niet bij het werk betrokken was. ‘Gezien zijn grote volume en zijn complexe interne structuur, breidt T. magnifica ons begrip uit van wat mogelijk is voor prokaryoten zoals bacteriën. De vondst vervaagt de grens tussen prokaryoten en eukaryoten.’
‘De impact van het onderzoek is enorm’, zegt microbioloog Gerard Muijzer van de Universiteit van Amsterdam. ‘In alle lesboeken staat dat bacteriën klein en eenvoudig zijn. Deze resultaten zullen onze kijk hierop volledig veranderen.’
‘Een van de uitdagingen zal zijn om de bacteriën te kweken in zuivere omstandigheden, om hun fysiologie en biochemie in detail te bestuderen. Er valt nog veel te ontdekken in deze kleine wezentjes’, zegt Muijzer.
