研究人员对巨型共生细菌的基因组进行了测序

巨型细菌是令人着迷、尚未得到充分探索的生物之谜。许多经过充分研究的巨头利用丰富的内部小分子储备和/或光来满足其超大的能量需求。然而，巨型异养生物(无法生产自己的食物，而是从其他有机碳来源获取营养的生物)满足其不断扩大的需求的方式仍然难以捉摸。Epulopiscium属细菌是热带海洋刺尾鱼的肠道共生体，在细菌世界中是特殊且独特的。它们是已知最大的异养细菌——一个雪茄形状的大个体的体积是大肠杆菌的一百万倍。为了确定Epulopiscium细菌如何促进其强大的新陈代谢，生物学家生成了高质量的胎生Epulopiscium 基因组草图，并使用综合方法重建了其代谢潜力。

该研究的资深作者、康奈尔大学教授埃丝特·安格特说：“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：它巨大的体积、它的繁殖方式、它满足代谢需求的方法等等。”

“揭示这种生物体的基因组潜力让我们大吃一惊。”

Epulopiscium细菌于 1985 年首次被发现，共生于大堡礁和红海等热带海洋珊瑚礁环境中刺尾鱼科刺尾鱼的肠道内。

由于其巨大的体型，科学家最初认为它是某种独特类型的原生动物。

安格特教授说：“研究这些巨型细菌需要捕获它们生活的鱼类并保存细胞或尽可能快速、仔细地提取 DNA 和 RNA。”

安格特教授和她的同事特别有兴趣了解胎生Epulopiscium v​​iviparus如何满足其极端的代谢需求。

以环境中的营养物质为食的细菌，而不是从阳光中产生自己的能量，通常分为两个阵营：能够获得氧气的细菌和无法获得氧气的细菌。

安格特教授说：“如果没有氧气，细菌通常会利用发酵来提取能量，而发酵生物体就无法从营养中获得尽可能多的效益。”

看到胎生Epulopiscium v​​iviparus确实是一个发酵罐，这个谜题就更大了，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，胎生Epulopiscium v​​iviparus改变了其新陈代谢，以充分利用其环境，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相同的游泳方法)，并投入大量的能量其遗传密码来制造可以收获宿主肠道中可用营养物质的酶。

产量最高的酶是那些用于制造ATP(所有细胞的能量货币)的酶。

沿着胎生虾外缘延伸的高度折叠膜为能量产生和运输蛋白质提供了重要的空间，与更复杂生物体细胞中线粒体的功能有一些惊人的相似之处。

安格特教授说：“我们都知道‘线粒体是细胞的动力源’这句话，令人惊讶的是，胎生鮨鱼的这些膜与线粒体趋于相同的模型。”

“它们有一个高度折叠的膜，可以增加这些能量产生泵可以工作的表面积，而增加的表面积可以产生强大的能量。”

“这项基础研究具有许多潜在的未来应用，特别是因为胎生Epulopiscium v​​iviparus具有如此有效的策略来利用藻类中的营养物质。”

“藻类是牲畜饲料、可再生能源和人类营养日益增长的目标，因为它的增长无法与陆地农业竞争。”

该研究发表在《美国国家科学院院刊》上。