PNAS：巨型细菌利用独特的过程为自己提供能量

　　康奈尔大学和劳伦斯伯克利国家实验室的研究人员首次描述了一种猿科物种的完整基因组，他们将其命名为Epulopiscium viviparu。

　　

并不是所有的细菌都是一样的。

大多数是单细胞的，很小，只有万分之一厘米长。但Epulopiscium科的细菌足够大，可以用肉眼看到，体积是它们更知名的表亲大肠杆菌的100万倍。

在12月18日发表在《美国国家科学院院刊》上的一项研究中，来自康奈尔大学和劳伦斯伯克利国家实验室的研究人员首次描述了巨人家族中一个物种的完整基因组，他们将其命名为Epulopiscium viviparus。

农业与生命科学学院微生物学教授、该研究的通讯作者埃丝特·安杰特说:“这种令人难以置信的巨型细菌在很多方面都是独特而有趣的:它的巨大体型、繁殖模式、满足代谢需求的方法等等。”“揭示这种生物的基因组潜力让我们大吃一惊。”

Epulopiscium家族的第一个成员于1985年被发现。该物种的所有成员都生活在热带海洋珊瑚礁环境中某些刺尾鱼的肠道内，如大堡礁和红海。

安杰特说，由于它的体型巨大，科学家们最初认为它是某种独特的原生动物。Epulopiscium这个名字来自拉丁语词根epulo，意思是“客人”，而piscium是“鱼的”。安杰特说，大多数细菌通过将自己一分为二产生两个后代来繁殖，而viviparus则产生多达12个自己的副本，它们在亲本细胞中生长，然后被释放出来，“活跃而游动——viviparus的意思是‘活产’。”

安杰特说，研究这些巨型细菌需要捕获它们生活的鱼类，并尽可能快、小心地保存细胞或提取DNA和RNA。几十年来，他一直与澳大利亚蜥蜴岛研究站的鱼类生物学家合作，收集和研究样本。

研究人员特别感兴趣的是了解雌疟原虫是如何满足其极端代谢需求的。以环境中的营养物质为食的细菌，而不是自己从阳光中产生能量的细菌，通常分为两大阵营:那些能接触到氧气的和不能接触到氧气的。在没有氧气的情况下，细菌经常利用发酵来提取能量，而“发酵的生物只是不能从营养物质中获得那么多的好处，”安杰特说。

鉴于e.v viparus确实是一种发酵剂，这个难题就变得更大了，因为它巨大的体型、极端的繁殖能力和游泳能力都需要更多的能量，而不是更少。

研究人员发现，viviparus通过使用一种罕见的方法来产生能量和移动(引起霍乱的细菌也使用同样的游泳方法)，并通过将其大部分遗传密码用于制造酶来获取宿主肠道中可用的营养物质，从而修改了其代谢，以充分利用其环境。产量最高的酶是那些用于制造ATP的酶，ATP是所有细胞的能量货币。一层高度折叠的膜沿着胎生卵细胞的外缘运行，为产生和运输能量的蛋白质提供了重要的空间，这与更复杂生物体细胞中的线粒体的功能有一些惊人的相似之处，安杰特说。

“我们都知道‘线粒体是细胞的发电站’这句话，”安杰特说，“令人惊讶的是，胎生线虫的这些膜与线粒体的模式相同:它们有一个高度折叠的膜，增加了这些产生能量的泵可以工作的表面积，增加的表面积创造了一个发电站的能量。”

Angert说，这项基础研究在未来有许多潜在的应用，特别是因为胎生芽胞杆菌有如此有效的策略来利用藻类中的营养物质。藻类越来越多地成为家畜饲料、可再生能源和人类营养的目标，因为它的生长不会与陆地农业竞争。

这项研究的第一作者是David Sannino博士，他曾是Angert实验室的博士后。其他共同作者有Francine Arroyo博士和前博士后研究员Charles Pepe-Ranney和Wenbo Chen;以及劳伦斯伯克利国家实验室的让-玛丽·沃兰和娜塔莉·伊丽莎白。

这项研究得到了美国国家科学基金会和能源部的支持。