肉眼可见的最大细菌，颠覆传统概念

本文来自微信公众号：原理（ID：principia1687），作者：Måka，题图：巨型细菌的艺术家畅想图，Mangrove photo by Pierre Yves Pascal; Illustration by Susan Brand，Berkeley Lab

乍一看，试管中略显浑浊的水看上去就像一瓢雨水，里面有树叶、碎屑，甚至还有更轻的线头混杂其中。但回到实验室，在培养皿中仔细观察，会发现那些微妙地漂浮在树叶碎片之上的细如挂面的丝线，其实是肉眼可见的单个细菌细胞。

通常细菌需要显微镜的帮助才能被看见，而这种巨大的细菌比大多数要大5000倍。这种不寻常的巨大尺寸自然引起了科学家的关注。

在发表于《科学》的论文中，一组研究人员描述了这种名为Ca. Thiomargarita magnifica（华丽硫珠菌）的巨型丝状细菌的形态和基因组特征，以及它的生命周期。更有趣的是，这种细菌细胞内部还有更多惊喜有待发掘。

一、红树林中的奇特邂逅  

这种细菌最早由海洋生物学家奥利维尔·格劳斯（Olivier Gros）于2009年发现。

格劳斯的研究重点是海洋红树林系统。红树林和其中的微生物组是碳循环中至关重要的生态系统，它们在全球范围内占据的空间还不到全世界沿海地区的1%。但却贡献了10%~15%的沿海沉积物中的碳储存。

当格劳斯第一次遇到这种细菌时，他正在离实验室不远的富含硫的红树林沉积物中寻找硫氧化共生生物。他看到它们的第一眼就感到十分奇特。但起初，他以为这只是一些白色的丝状物附着在沉积物中的什么东西上。

但在接下来的几年里，实验室进行的显微研究才让人们意识到，这其实是一种硫氧化原核生物。

研究人员进行了16S rRNA基因测序，来识别和分类这种独特的原核生物。这是一种属于硫珠菌属（Thiomargarita）的细菌，被命名为Ca. Thiomargarita magnifica。

Ca.指的是Candidatus，这是一种分类概念，可以理解成暂定种。物种名Magnifica来源于拉丁语的magnus，意思是巨大，它同样像法语单词magnifique那般“华丽”。

这一发现为以前从未研究过的细菌形态打开了新的大门。

二、确定巨型细菌的特征  

随后，研究团队开始了更详细的研究，从而更深入地了解这种固定碳的硫氧化细菌在红树林中的作用。

研究人员在相对较高的放大倍率下，对这些巨大的细胞进行三维可视化的研究。他们利用各种显微技术，包括硬X射线断层成像，观察到了长达9.66毫米的整条细丝，并证实它们确实是巨大的单细胞结构，而非多细胞的细丝。

细菌的细丝。（图／Jean-Marie Volland）

他们还使用实验室现有的成像设施，比如激光扫描共焦显微镜术和透射电子显微术（TEM），更详细地观察这些细丝和细胞膜。

对于大多数细菌来说，它们的DNA会在细胞的细胞质中自由漂浮。这种新发现的细菌物种的DNA则更有组织性。在TEM等技术的帮助下，他们观察到了含有DNA簇的与膜结合的新区室。科学家将这些细胞器称为“pepins”，也就是法语中的“瓜果核”。

此外，团队还研究了细胞的基因组复杂性。这些细菌含有比大多数细菌多三倍的基因，以及遍布整个细胞的数十万个基因组拷贝（多倍性）。

他们随后使用单细胞基因组学，在分子水平上分析了5个细菌细胞。他们不仅扩增、测序并组装了基因组，同时还使用了一种被称为BONCAT的标记技术，来确定参与蛋白质制造活动的区域，证实了整个细菌细胞都是活跃的。

三、一种巨大细菌，多个研究问题  

研究人员相信，描述Ca. Thiomargarita magnifica为多个新问题的研究铺平了道路。他们接下来想进一步了解这种化学合成细菌在红树林生态系统中的作用。

此外，另一个悬而未决的问题则在于那些被称为pepins的细胞器，比如它是否在细菌极端的尺寸进化中发挥了作用，又或者它是否还存在于其他细菌物种中。这种细胞器的精确形成，以及这些结构内部和外部的分子过程是如何发生和调控的，同样有待研究。

科学家同样相信，这个研究项目是一个很好的机会，可以证明复杂性是如何在一些最简单的生物体中演变的。一些看似非常、非常简单的生物，可能藏着巨大的惊喜。

参考来源：

https://newscenter.lbl.gov/2022/06/23/giant-bacteria-found-in-guadeloupe-mangroves-challenge-traditional-concepts/

本文来自微信公众号：原理（ID：principia1687），作者：Måka