Гигантски бактерии нарушиха законите на природата

Биолози от калифорнийския технологичен институт са изяснили какви минимални и максимални размери могат да достигат бактериите.

Като горен предел учените назовали рибозомната катастрофа, тъй като прекалено големите клетки се нуждаят от невероятно количество РНК и рибозоми, но някои бактерии успявали да го преодолеят. Резултатите от изследването са публикувани в изданието The ISME Journal.

Размерът на различните бактерии може да варира в пределите на няколко порядъка – от 0,1 микрометра при Mycoplasma mycoides, което е сравнимо с някои големи вируси, до 750 микрометра при Thiomargarita namibiensis.

Обемът на бактериите нараства пропорционално на куба на нейните линейни размери, а това означава по-активен обмен на вещества, което дава на големите микроби преимущество в скоростта на ръст и размножение. Но съществуват предели на размерите, които бактериалните клетки не можели да преодолеят.

Учените създали компютърен модел, който помага да се предскаже как се изменя метаболизмът и съставът на клетката с увеличението на нейните размери. За тази цел биолозите оценили колко вътреклетъчно пространство се изисква за функциониране на всички важни компоненти: ДНК, РНК, белтъци и рибозоми.

Според изчисленията на изследователите бактерия с обем на клетката под 10^–21 куб. м не може да съществува, тъй като в нея не се събират такива биополимери като ДНК и белтъци. Минималният размер също ограничава клетъчните обвивки.

Теоретичният обем само на три порядъка се отличава от размерите на най-малките известни бактерии. Що се отнася до максималния предел, то колкото по-голяма е бактерията, толкова повече клетъчни компоненти се изискват, необходими за процесите по транскрипция на гени и синтез на белтъци, както и за поддържане на бърз ръст и делене.

В края на краищата това води до т.нар. рибозомна катастрофа, при която крайните размери на клетката изискват безкрайно количество рибозоми, транспортна РНК и информационна РНК. Според оценките на учените това се случва при 10^-15 куб. м.

Интересно е, че Thiomargarita namibiensis малко превишава този горен предел. Дори ако от нея се отстрани голямата вакуола, размерът ѝ ще бъде на порядък по-голям от границата на рибозомната катастрофа.

Учените смятат, че за това допринасят условията на средата, които способстват бавното развитие и ръст на бактериите.