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Thiomargarita magnifica Candidatus alias Ca Thiomargarita sp Lot2 1 ist eine Kandidatenspezies gramnegativer nicht photo

Thiomargarita magnifica

Candidatus Thiomargarita magnifica alias Ca. Thiomargarita sp. Lot2 ist eine Kandidatenspezies gramnegativer nicht-phototropher schwefeloxidierender Gammaproteobakterien, die unter Wasser auf verrottenden abgetrennten Blättern Roter Mangroven (Rhizophora mangle) im Archipel von Guadeloupe auf den Kleinen Antillen wächst. Die Zellen dieser fadenförmigen Mikrobe sind mit bloßem Auge leicht zu erkennen. Mit der maximalen beobachteten Länge von 20 mm (bei durchschnittlich 9 mm) sind sie bei Bekanntgabe ihrer Entdeckung im Jahr 2022 die größten bis dahin jemals gefundenen Bakterienzellen. Im Unterschied zu anderen Bakterien, die aus mehreren Zellen bestehende Filamente vergleichbarer Größe bilden, handelt es sich bei diesem Organismus um Einzelzellen von dieser Größe.

Thiomargarita magnifica
Systematik
Wissenschaftlicher Name
Thiomargarita magnifica
Volland et al., 2022

Forschungsgeschichte Bearbeiten

Um das Jahr 2012 stieß Olivier Gros, ein Meeresbiologe der Université des Antilles in Pointe-à-Pitre, auf einen seltsamen Organismus, der in Form von dünnen Fäden auf der Oberfläche der verfallenden Blätter der Mangroven von Guadeloupe wächst. Der Fund erregte aber zunächst keine große Aufmerksamkeit, denn Gros hielt seinen Fund anfangs für einen Pilz. Fünf Jahre später fanden er und andere Forscher heraus, dass es sich tatsächlich um ein Bakterium handelt. Einige weitere Jahre waren nötig, in denen Jean-Marie Volland, ein Doktorand, der für Gros arbeitete, seine ungewöhnlichen Eigenschaften erforschte.

Beschreibung Bearbeiten

Ca. Thiomargarita magnifica ist mit bloßem Auge sichtbar. Es ist mit einer maximalen Länge von 2 cm (durchschnittlich 0,9 cm) das größte der Wissenschaft bekannte Bakterium (Stand 2022), die Breite dieser Zellen reicht von einigen Dutzend bis etwa 150 µm. Man nimmt sogar an, dass die Zellen unter günstigen Bedingungen noch größer werden können. Ca. Thiomargarita magnifica hat auch ein für Bakterien riesiges Genom, mit etwa 11.000 deutlich unterscheidbaren Genen (etwa halb so viel wie beim Menschen, bakterielle Genome haben normalerweise maximal etwa 3900 Gene). Bei der gegebenen Größe hätte man auf der Außenseite der Zellen symbiontische Bakterien erwartet. Als Grund für die überraschende Abwesenheit solcher Epibionten wird vermutet, dass Ca. T. magnifica möglicherweise biologisch aktive oder sogar antibiotische chemische Verbindungen produziert. Genauere Untersuchungen dazu sind aber noch nötig (Stand 2022).

Aufbau Bearbeiten

Die Zellen enthalten zwei Typen von Membransäcken (en. membrane sacs). Der eine Sack ist ein riesiger, vermutlich wassergefüllter Beutel (Vakuole), der 65 % bis 80 % des Gesamtvolumens der Zelle einnimmt. Er könnte der Grund dafür sein, dass die Zellen so groß werden können – man nimmt sogar an, dass die Zellen unter günstigen Bedingungen noch größer als die beobachteten 2 cm werden können.

Der Stoffwechsel in Bakterien kann nur per Diffusion von Nährstoff- und Abfallmolekülen durch das Innere der Bakterienzellen erfolgen, was die Größe dieser Organismen nach oben begrenzt. Das 1999 entdeckte große Schwefelbakterium T. namibiensis überwindet diese Grenze, indem es eine große, mit Wasser und Nitraten gefüllte Vakuole enthält. Diese drückt den übrigen Zellinhalt an die Zellwand. Der Stoffwechsel findet nur in diesem schmalen Bereich „am Rande“ der Zelle statt. Dieser ist schmal genug für ausreichend Diffusion. Die in den Zellen von Ca. T. magnifica enthaltene wassergefüllte Vakuole drückt ebenfalls das Zytoplasma an den Rand der Zelle – die Dicke des Zytoplasmas dort schwankt zwischen 1,8 und 4,8 μm. Man vermutet daher, dass sie denselben Zweck erfüllt.

Der andere Typ von Membransäckchen sind DNA-gefüllte Granulen, genannt Pepine (auch Pepins, en. membrane-bound granules/pepins), worin sich die gesamte DNA der Zelle befindet. Das Genom dieser Bakterien „schwimmt“ daher nicht wie bei anderen Bakterien üblich frei in der Zelle, sondern ist zusammen mit Ribosomen in eine Membran eingekapselt – ein mögliches membrangebundenes DNA-Kompartiment wurde bei Bakterien zuvor nur bei einem Mitglied der Atribacteria beobachtet; ein vergleichbares Organell ist jedoch der für Eukaryoten charakteristische Nucleolus. Der DNA-haltige Sack von Ca. T. magnifica befindet sich ebenfalls an der Peripherie der Zelle. Er beherbergt auch Ribosomen (Proteinfabriken), so dass ein Transport der mRNA durch die äußere Membran des Sacks nicht (unbedingt) erforderlich ist, was offenbar – wie die ganze Sackstruktur selbst – eine Effizienzsteigerung bedeutet.

Genom Bearbeiten

Das Genom hat eine Größe von 11 Mbp und enthält etwa 11.000 klar unterscheidbare Gene, was ebenfalls für prokaryotische Verhältnisse riesig ist. Üblicherweise haben bakterielle Genome eine Länge von etwa 4 Mbp mit ca. 3.900 Genen. Das Genom ist auch deshalb so groß, weil es mehr als 500.000 Kopien der gleichen DNA-Abschnitte gibt (vgl. Polyploidie).

Lebenszyklus Bearbeiten

Der Lebenszyklus von Ca. Thiomargarita magnifica ist dimorph, d. h. durchläuft Stadien von zweierlei Gestalt.

Bedeutung Bearbeiten

Die Entdeckung von Ca. T. magnifica ist deshalb von Bedeutung, weil sie die Abgrenzung von Prokaryonten (primitiven Einzellern ohne Zellkern mit frei beweglicher DNA), zu Eukaryoten (mit komplex aufgebauten Zellen und einem von einer Kernhülle umgebenen Zellkern) verwischt. Da Ca. T. magnifica ein Bakterium ist, gehört es zu den Prokaryonten. Phänomenologisch nimmt dieses Bakterium aber aufgrund der Organisation seines Genoms in membranumhüllten Kompartimenten eine Zwischenstellung zwischen Prokaryoten und Eukaryoten ein. Es wäre daher zu prüfen, ob es sich nicht um ein verlorenes Glied in der Evolution von Eukaryoten handelt.

Einzelnachweise Bearbeiten

  1. NCBI Taxonomy Browser: Search for: Thiomargarita magnifica Candidatus Thiomargarita sp. Lot2 (species); graphisch: Candidatus Thiomargarita sp. Lot2, In: Lifemap NCBI Version.
  2. ↑ Elizabeth Pennisi: Largest bacterium ever discovered has an unexpectedly complex cell. In: Science. 23. Februar 2022, doi:10.1126/science.ada1620 (science.org). Siehe auch Abbildung
  3. ↑ Jean-Marie Volland, Silvina Gonzalez-Rizzo, Olivier Gros, Tomáš Tyml, Natalia Ivanova, Frederik Schulz, Danielle Goudeau, Nathalie H. Elisabeth, Nandita Nath, Daniel Udwary, Rex R. Malmstrom, Chantal Guidi-Rontani, Susanne Bolte-Kluge, Karen M. Davies, Maïtena R. Jean, Jean-Louis Mansot, Nigel J. Mouncey, Esther R. Angert, Tanja Woyke, Shailesh V. Date: A centimeter-long bacterium with DNA contained in metabolically active, membrane-bound organelles. Auf: Science, Band 376, Nr. 6600, 23. Juni 2022, S. 1453–1458; doi:10.1126/science.abb3634.
  4. Flora Graham: Daily briefing: Largest bacterium ever discovered is 2 cm long. In: Nature Briefing, 24. Februar 2022.
  5. Peter Rogers: "Impossibly big" bacteria rattle the field of microbiology. In: Bigthink.com. 6. März 2022;.
  6. NCBI Taxonomy Browser: Atribacteria Katayama et al. 2021 (class), graphisch: Candidatus Atribacteria, In: Lifemap NCBI Version.
  7. Chris Greening, Trevor Lithgow: Formation and function of bacterial organelles. In: Nature Reviews Microbiology, Band 18, S. 677–689, 24. Juli 2020; doi:10.1038/s41579-020-0413-0.
  8. Taiki Katayama, Masaru K. Nobu, Hiroyuki Kusada, Xian-Ying Meng, Naoki Hosogi, Katsuyuki Uematsu, Hideyoshi Yoshioka, Yoichi Kamagata, Hideyuki Tamaki: Isolation of a member of the candidate phylum ‘Atribacteria’ reveals a unique cell membrane structure. In: Nature Communications, Band 11, S. 6381, 14. Dezember 2020; doi:10.1038/s41467-020-20149-5.

Weblinks Bearbeiten

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Veröffentlichungsdatum:
Candidatus Thiomargarita magnifica alias Ca Thiomargarita sp Lot2 1 ist eine Kandidatenspezies gramnegativer nicht phototropher schwefeloxidierender Gammaproteobakterien die unter Wasser auf verrottenden abgetrennten Blattern Roter Mangroven Rhizophora mangle im Archipel von Guadeloupe auf den Kleinen Antillen wachst Die Zellen dieser fadenformigen Mikrobe sind mit blossem Auge leicht zu erkennen Mit der maximalen beobachteten Lange von 20 mm bei durchschnittlich 9 mm sind sie bei Bekanntgabe ihrer Entdeckung im Jahr 2022 die grossten bis dahin jemals gefundenen Bakterienzellen 2 3 4 Im Unterschied zu anderen Bakterien die aus mehreren Zellen bestehende Filamente vergleichbarer Grosse bilden handelt es sich bei diesem Organismus um Einzelzellen von dieser Grosse 2 3 Thiomargarita magnificaSystematikAbteilung ProteobacteriaKlasse GammaproteobacteriaOrdnung ThiotrichalesFamilie ThiotrichaceaeGattung ThiomargaritaArt Thiomargarita magnificaWissenschaftlicher NameThiomargarita magnificaVolland et al 2022 Inhaltsverzeichnis 1 Forschungsgeschichte 2 Beschreibung 2 1 Aufbau 2 2 Genom 2 3 Lebenszyklus 3 Bedeutung 4 Einzelnachweise 5 WeblinksForschungsgeschichte BearbeitenUm das Jahr 2012 stiess Olivier Gros ein Meeresbiologe der Universite des Antilles in Pointe a Pitre auf einen seltsamen Organismus der in Form von dunnen Faden auf der Oberflache der verfallenden Blatter der Mangroven von Guadeloupe wachst Der Fund erregte aber zunachst keine grosse Aufmerksamkeit denn Gros hielt seinen Fund anfangs fur einen Pilz 5 Funf Jahre spater fanden er und andere Forscher heraus dass es sich tatsachlich um ein Bakterium handelt Einige weitere Jahre waren notig in denen Jean Marie Volland ein Doktorand der fur Gros arbeitete seine ungewohnlichen Eigenschaften erforschte 2 Beschreibung BearbeitenCa Thiomargarita magnifica ist mit blossem Auge sichtbar Es ist mit einer maximalen Lange von 2 cm durchschnittlich 0 9 cm das grosste der Wissenschaft bekannte Bakterium Stand 2022 die Breite dieser Zellen reicht von einigen Dutzend bis etwa 150 µm Man nimmt sogar an dass die Zellen unter gunstigen Bedingungen noch grosser werden konnen Ca Thiomargarita magnifica hat auch ein fur Bakterien riesiges Genom mit etwa 11 000 deutlich unterscheidbaren Genen etwa halb so viel wie beim Menschen bakterielle Genome haben normalerweise maximal etwa 3900 Gene 2 3 Bei der gegebenen Grosse hatte man auf der Aussenseite der Zellen symbiontische Bakterien erwartet Als Grund fur die uberraschende Abwesenheit solcher Epibionten wird vermutet dass Ca T magnifica moglicherweise biologisch aktive oder sogar antibiotische chemische Verbindungen produziert Genauere Untersuchungen dazu sind aber noch notig Stand 2022 2 3 Aufbau Bearbeiten Die Zellen enthalten zwei Typen von Membransacken en membrane sacs 2 3 Der eine Sack ist ein riesiger vermutlich wassergefullter Beutel Vakuole der 65 bis 80 des Gesamtvolumens der Zelle einnimmt Er konnte der Grund dafur sein dass die Zellen so gross werden konnen man nimmt sogar an dass die Zellen unter gunstigen Bedingungen noch grosser als die beobachteten 2 cm werden konnen Der Stoffwechsel in Bakterien kann nur per Diffusion von Nahrstoff und Abfallmolekulen durch das Innere der Bakterienzellen erfolgen was die Grosse dieser Organismen nach oben begrenzt Das 1999 entdeckte grosse Schwefelbakterium T namibiensis uberwindet diese Grenze indem es eine grosse mit Wasser und Nitraten gefullte Vakuole enthalt Diese druckt den ubrigen Zellinhalt an die Zellwand Der Stoffwechsel findet nur in diesem schmalen Bereich am Rande der Zelle statt Dieser ist schmal genug fur ausreichend Diffusion Die in den Zellen von Ca T magnifica enthaltene wassergefullte Vakuole druckt ebenfalls das Zytoplasma an den Rand der Zelle die Dicke des Zytoplasmas dort schwankt zwischen 1 8 und 4 8 mm Man vermutet daher dass sie denselben Zweck erfullt 2 Der andere Typ von Membransackchen sind DNA gefullte Granulen genannt Pepine auch Pepins en membrane bound granules pepins worin sich die gesamte DNA der Zelle befindet Das Genom dieser Bakterien schwimmt daher nicht wie bei anderen Bakterien ublich frei in der Zelle sondern ist zusammen mit Ribosomen in eine Membran eingekapselt ein mogliches membrangebundenes DNA Kompartiment wurde bei Bakterien zuvor nur bei einem Mitglied der Atribacteria 6 beobachtet 7 8 ein vergleichbares Organell ist jedoch der fur Eukaryoten charakteristische Nucleolus Der DNA haltige Sack von Ca T magnifica befindet sich ebenfalls an der Peripherie der Zelle Er beherbergt auch Ribosomen Proteinfabriken so dass ein Transport der mRNA durch die aussere Membran des Sacks nicht unbedingt erforderlich ist was offenbar wie die ganze Sackstruktur selbst eine Effizienzsteigerung bedeutet 2 Genom Bearbeiten Das Genom hat eine Grosse von 11 Mbp und enthalt etwa 11 000 klar unterscheidbare Gene was ebenfalls fur prokaryotische Verhaltnisse riesig ist Ublicherweise haben bakterielle Genome eine Lange von etwa 4 Mbp mit ca 3 900 Genen Das Genom ist auch deshalb so gross weil es mehr als 500 000 Kopien der gleichen DNA Abschnitte gibt vgl Polyploidie 2 Lebenszyklus Bearbeiten Der Lebenszyklus von Ca Thiomargarita magnifica ist dimorph d h durchlauft Stadien von zweierlei Gestalt 2 Bedeutung BearbeitenDie Entdeckung von Ca T magnifica ist deshalb von Bedeutung weil sie die Abgrenzung von Prokaryonten primitiven Einzellern ohne Zellkern mit frei beweglicher DNA zu Eukaryoten mit komplex aufgebauten Zellen und einem von einer Kernhulle umgebenen Zellkern verwischt Da Ca T magnifica ein Bakterium ist gehort es zu den Prokaryonten Phanomenologisch nimmt dieses Bakterium aber aufgrund der Organisation seines Genoms in membranumhullten Kompartimenten eine Zwischenstellung zwischen Prokaryoten und Eukaryoten ein Es ware daher zu prufen ob es sich nicht um ein verlorenes Glied in der Evolution von Eukaryoten handelt 2 Einzelnachweise Bearbeiten NCBI Taxonomy Browser Search for Thiomargarita magnifica Candidatus Thiomargarita sp Lot2 species graphisch Candidatus Thiomargarita sp Lot2 In Lifemap NCBI Version a b c d e f g h i j k Elizabeth Pennisi Largest bacterium ever discovered has an unexpectedly complex cell In Science 23 Februar 2022 doi 10 1126 science ada1620 science org Siehe auch Abbildung a b c d e Jean Marie Volland Silvina Gonzalez Rizzo Olivier Gros Tomas Tyml Natalia Ivanova Frederik Schulz Danielle Goudeau Nathalie H Elisabeth Nandita Nath Daniel Udwary Rex R Malmstrom Chantal Guidi Rontani Susanne Bolte Kluge Karen M Davies Maitena R Jean Jean Louis Mansot Nigel J Mouncey Esther R Angert Tanja Woyke Shailesh V Date A centimeter long bacterium with DNA contained in metabolically active membrane bound organelles Auf Science Band 376 Nr 6600 23 Juni 2022 S 1453 1458 doi 10 1126 science abb3634 Flora Graham Daily briefing Largest bacterium ever discovered is 2 cm long In Nature Briefing 24 Februar 2022 Peter Rogers Impossibly big bacteria rattle the field of microbiology In Bigthink com 6 Marz 2022 abgerufen im 1 Januar 1 NCBI Taxonomy Browser Atribacteria Katayama et al 2021 class graphisch Candidatus Atribacteria In Lifemap NCBI Version Chris Greening Trevor Lithgow Formation and function of bacterial organelles In Nature Reviews Microbiology Band 18 S 677 689 24 Juli 2020 doi 10 1038 s41579 020 0413 0 Taiki Katayama Masaru K Nobu Hiroyuki Kusada Xian Ying Meng Naoki Hosogi Katsuyuki Uematsu Hideyoshi Yoshioka Yoichi Kamagata Hideyuki Tamaki Isolation of a member of the candidate phylum Atribacteria reveals a unique cell membrane structure In Nature Communications Band 11 S 6381 14 Dezember 2020 doi 10 1038 s41467 020 20149 5 Weblinks BearbeitenRomana Beer Text Jean Marie Volland Bild Massie S Ballon Video et al Riesenbakterium entdeckt In orf at 23 Juni 2022 abgerufen am 25 Juni 2022 Quelle US Department of Energy DOE Joint Genome Institute JGI Natali Anderson Newly Discovered Species of Bacterium is Visible to Naked Eye Auf sci news vom 24 Juni 2022 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Jahres 2022 Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Thiomargarita magnifica amp oldid 238193335