Luglio 3, 2022

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Gli scienziati scoprono i batteri più grandi di sempre

Gli scienziati scoprono i batteri più grandi di sempre

Gli scienziati in una foresta di mangrovie nei Caraibi hanno scoperto un tipo di batterio che cresce fino alle dimensioni e alla forma di una ciglia umana.

Queste cellule sono i batteri più grandi mai osservati, migliaia di volte più grandi dei batteri conosciuti come l’Escherichia coli. “Sarebbe come incontrare un altro essere umano delle dimensioni del Monte Everest”, ha detto Jean-Marie Foland, microbiologo del Joint Genome Institute di Berkeley, in California.

Dott.. Voland e colleghi pubblicato Il loro studio su un batterio chiamato Thiomargarita magnifica è stato pubblicato giovedì sulla rivista Science.

Gli scienziati una volta credevano che i batteri fossero troppo semplici per produrre cellule di grandi dimensioni. Ma Thiomargarita magnifica risulta essere straordinariamente complesso. Poiché la maggior parte del mondo batterico deve ancora essere esplorato, è del tutto possibile che batteri ancora più grandi e complessi siano in attesa di essere scoperti.

Sono passati circa 350 anni da quando il molatore di lenti olandese Anthony van Leeuwenhoek ha scoperto i batteri raschiandosi i denti. Quando ha posizionato la placca dentale sotto un microscopio primitivo, è rimasto sbalordito nel vedere gli organismi unicellulari nuotare intorno. Nei tre secoli successivi, gli scienziati hanno scoperto molti altri tipi di batteri, tutti invisibili ad occhio nudo. La cellula di Escherichia coli, ad esempio, misura circa microno meno di dieci millesimi di pollice.

Ogni cellula batterica è il proprio organismo, il che significa che può crescere e dividersi in una coppia di nuovi batteri. Ma le cellule batteriche spesso convivono. I denti di Van Leeuwenhoek sono ricoperti da una pellicola gelatinosa contenente miliardi di batteri. Nei laghi e nei fiumi, alcune cellule batteriche si uniscono per essere molto piccole stringhe.

Noi esseri umani siamo creature multicellulari, i nostri corpi sono costituiti da circa 30 trilioni di cellule. Sebbene le nostre cellule non siano visibili ad occhio nudo, di solito sono molto più grandi di quelle che si trovano nei batteri. L’ovulo umano può raggiungere 120 micron di diametro, o cinque millesimi di pollice.

Quando è emerso il baratro tra cellule piccole e grandi, gli scienziati hanno guardato all’evoluzione per capirlo. Tutti gli animali, piante e funghi appartengono allo stesso lignaggio evolutivo, che sono chiamati eucarioti. Gli eucarioti condividono molti adattamenti che li aiutano a costruire grandi cellule. Gli scienziati hanno concluso che senza questi adattamenti, le cellule batteriche dovrebbero rimanere piccole.

Per iniziare, un grande alveare ha bisogno di supporto fisico in modo che non collassi o si rompa. Le cellule eucariotiche contengono fili molecolari rigidi che agiscono come pali in una tenda. Tuttavia, i batteri non possiedono questo citoscheletro.

La grande cellula deve anche affrontare una sfida chimica: man mano che diventa più grande, le molecole impiegano più tempo per spostarsi e incontrare i partner giusti per eseguire delicate reazioni chimiche.

Gli eucarioti hanno sviluppato una soluzione a questo problema riempiendo le cellule con minuscoli frammenti in cui possono verificarsi forme distinte di biochimica. Mantengono il DNA avvolto in una sacca chiamata nucleo, insieme a molecole che possono leggere i geni per produrre proteine, o le proteine ​​producono nuove copie di DNA quando la cellula si riproduce. Ogni cellula genera carburante all’interno di sacche chiamate mitocondri.

I batteri non hanno le parti che si trovano nelle cellule eucariotiche. Senza un nucleo, ogni batterio porta normalmente un anello di DNA che fluttua liberamente intorno al suo interno. Inoltre non hanno mitocondri. Invece, generano un combustibile, di solito con particelle incorporate nelle loro membrane. Questa disposizione funziona bene con piccole cellule. Ma man mano che la cellula diventa più grande, non c’è abbastanza spazio sulla superficie cellulare per le molecole che generano carburante.

La semplicità dei batteri sembra spiegare perché sono così piccoli: non avevano la complessità necessaria per crescere.

Tuttavia, questa conclusione è stata fatta frettolosamente, secondo Shalish Dett, fondatore del Laboratory for Research in Complex Systems a Menlo Park, in California, e coautore con il dottor Voland. Gli scienziati hanno fatto ampie generalizzazioni sui batteri dopo aver studiato una piccola parte del mondo batterico.

“Abbiamo appena scalfito la superficie”, ha detto, “ma eravamo molto dogmatici”.

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Quell’ortodossia iniziò a incrinarsi negli anni ’90. I microbiologi hanno scoperto che alcuni batteri hanno sviluppato indipendentemente i propri compartimenti. Hanno anche scoperto specie visibili ad occhio nudo. Epulopiscium fishelsoniad esempio, è apparso nel 1993. Quando vivono all’interno di un pesce chirurgo, i batteri crescono 600 micron di lunghezza, più grandi di un granello di sale.

Thiomargarita magnifica è stata scoperta da Olivier Gros, un biologo dell’Università delle Antille nel 2009 mentre esaminava le foreste di mangrovie in Guadalupa, un gruppo di isole caraibiche che fanno parte della Francia. Il microbo sembrava piccoli pezzetti di spaghetti bianchi, formando uno strato sul fogliame morto che galleggiava nell’acqua.

All’inizio, il dottor Gross non sapeva cosa avesse trovato. Si pensava che gli spaghetti potessero essere un fungo, una piccola spugna o qualche altro eucariota. Ma quando lui ei suoi colleghi hanno estratto il DNA dai campioni in laboratorio, hanno scoperto che si trattava di batteri.

Il dottor Gross ha unito le forze con il dottor Voland e altri scienziati per ricercare più da vicino le creature aliene. Si chiedevano se i batteri fossero cellule microscopiche bloccate insieme in catene.

Si scopre che non è così. Quando i ricercatori hanno scrutato all’interno della pasta batterica usando i microscopi elettronici, si sono resi conto che ognuno era la sua cellula gigante. La cella media è lunga circa 9.000 micron e la più grande è di 20.000 micron, abbastanza lunga da coprire un centesimo di diametro.

Gli studi su Thiomargarita magnifica si sono mossi lentamente perché il dottor Valante ei suoi colleghi non hanno ancora capito come far crescere i batteri nel loro laboratorio. Attualmente, il dottor Gross deve raccogliere una nuova scorta di batteri ogni volta che il team vuole eseguire un nuovo esperimento. Può trovarlo non solo sulle foglie, ma anche sui gusci di ostriche e sulle bottiglie di plastica che si trovano su sedimenti ricchi di zolfo nella foresta di mangrovie. Ma i batteri sembrano seguire un ciclo di vita inaspettato.

All’interno delle cellule di Thiomargarita magnifica, i ricercatori hanno scoperto una struttura strana e complessa. Le loro membrane hanno diversi tipi di compartimenti incorporati. Questi compartimenti sono diversi da quelli nelle nostre cellule, ma possono consentire a Thiomargarita magnifica di crescere fino a dimensioni enormi.

Alcune delle camere sembrano essere centrali a combustibile, dove il microbo può sfruttare l’energia nei nitrati e in altre sostanze chimiche che consuma nelle foreste di mangrovie.

Thiomargarita magnifica contiene anche altri compartimenti che assomigliano notevolmente ai nuclei umani. Ogni compartimento, che gli scienziati hanno chiamato pepin dopo i minuscoli semi di un frutto come un kiwi, contiene un anello di DNA. Mentre una tipica cellula batterica contiene solo un anello di DNA, Thiomargarita magnifica ne ha centinaia di migliaia, ciascuno nascosto all’interno della propria pipetta.

Ancora più importante, ogni Pipino contiene fabbriche per la costruzione di proteine ​​dal suo DNA. “Hanno fondamentalmente piccole cellule all’interno delle cellule”, ha detto Petra Levine, microbiologa della Washington University di St. Louis, che non è stata coinvolta nello studio.

L’enorme riserva di DNA di Thiomargarita magnifica potrebbe consentirgli di produrre le proteine ​​aggiuntive di cui ha bisogno. Ogni Pipino può creare un insieme speciale di proteine ​​necessarie nella propria regione di batteri.

Il dottor Voland ei suoi colleghi sperano che dopo aver iniziato a coltivare i batteri, saranno in grado di confermare queste ipotesi. Affronteranno anche altri misteri, come il modo in cui i batteri possono essere così resistenti senza uno scheletro molecolare.

“Puoi togliere un filo d’acqua con le pinzette e metterlo in un’altra ciotola”, ha detto il dottor Foland. “Come si tiene insieme e come prende forma: queste sono domande a cui non abbiamo risposto”.

Il dottor Deet ha detto che potrebbero esserci più batteri giganti in attesa di essere trovati, forse anche più grandi di Thiomargarita magnifica.

“Quanto possono raggiungere, non lo sappiamo davvero”, ha detto. “Ma ora, questi batteri ci hanno mostrato la strada”.