De bacterie is 5.000 keer groter dan de meeste bacteriën. “Het is als een mens die een ander ontmoet die zo groot is als de Mount Everest.”

Bacteriën zijn over het algemeen erg klein. Zo klein, dat ze alleen onder een microscoop zichtbaar zijn. Maar onderzoekers zijn nu in een mariene mangrovebos op Guadeloupe (een Frans overzees departement in de Caraïbische Zee) op een heel bijzonder exemplaar gestuit. De nieuw ontdekte bacterie is namelijk immens; je kunt ‘m gewoon met het blote oog zien.

Vermicelli-achtige draden
Op het eerste gezicht lijkt het licht troebele water in het buisje op niets anders dan een beetje regenwater, vermengd met blaadjes en lichte draden. Maar toen de onderzoekers de dunne, vermicelli-achtige draden wat beter bekeken, kwamen ze er tot hun verbazing achter dat het bacteriecellen zijn, zichtbaar met het blote oog. “De reusachtige bacterie is 5.000 keer groter dan de meeste bacteriën,” zegt onderzoeker Jean-Marie Volland. “Om dat in context te plaatsen, het is vergelijkbaar met een mens die een ander ontmoet die zo groot is als de Mount Everest.”

Ca. Thiomargarita magnifica. Afbeelding: Jean-Marie Volland

Macro-microben
Na verdere analyse blijkt dat de bacterie die in de mariene mangrove is aangetroffen een zwaveloxiderende prokaryoot is. Een opvallende ontdekking. “Ik dacht eerst dat het om een eukaryoot ging,” zegt onderzoeker Silvina Gonzalez-Rizzo. “Ik had niet verwacht dat het bacteriën waren omdat ze zo groot zijn en over veel filamenten beschikken. We realiseerden echter al snel dat ze uniek waren omdat ze uit een enkele cel bestaan. Het feit dat het om ‘macro’-microben gaat, is fascinerend!”

Verschil tussen prokaryoot en eukaryoot
Wat is het verschil tussen prokaryote en eukaryote cellen? Het grootste verschil zit hem in de celkern: prokaryoten (organismen zoals bacteriën) hebben geen celkern, terwijl eukaryoten (zoals schimmels, planten en dieren) wel over een celkern beschikken. Lang dacht men dat het leven opgedeeld kon worden in deze twee domeinen. Maar in 1977 ontdekte Carl Woese dat de prokaryoten bestaan uit twee aparte groepen: Bacteria en Archaea. Leden van deze laatste groep vindt men vooral terug in extreme omstandigheden, zoals warmwaterbronnen. Sindsdien wordt het leven verdeeld over drie domeinen: Bacteria, Archaea en Eukaryota.

De nieuw ontdekte bacterie is Ca. Thiomargarita magnifica genoemd. Die naam is te herleiden naar het feit dat de bacterie tot het geslacht Thiomargarita behoort. “Magnifica verwijst naar magnus, wat in het Latijn ‘groot’ betekent en tegelijkertijd op het Franse woord ‘magnifique’ lijkt,” zegt Gonzalez-Rizzo.

Grootte
De onderzoekers besloten de draadvormige bacterie en zijn morfologische en genomische kenmerken wat beter te bestuderen. En dat leidt tot enkele verrassende ontdekkingen. Zo blijkt dat de filamenten wel 9,66 mm lang kunnen worden. Daarnaast blijken dit inderdaad gigantische, enkele cellen te zijn en geen meercellige filamenten, zoals gebruikelijk bij andere grote zwavelbacteriën.

DNA
Maar dat is nog niet alles. Bij de meeste bacteriën zweeft het DNA vrij rond in het cytoplasma van hun cellen. Maar de nieuw ontdekte bacteriesoort houdt zijn DNA beter georganiseerd. “De grote verrassing van het project was toen we realiseerden dat deze genoomkopieën die door de hele cel zijn verspreid, zich in feite in een structuur bevinden die een membraan heeft,” legt Volland uit. “Dat is voor een bacterie ongebruikelijk.”

Pepinen
Daarnaast bestudeerde het team de filamenten en de celmembranen in meer detail. Dit leidde tot de ontdekking van nieuwe membraan-omsloten compartimenten met DNA-clusters. De onderzoekers noemden deze organellen ‘pepinen’, verwijzend naar de kleine zaadjes in fruit. DNA-clusters waren overvloedig aanwezig in de afzonderlijke cellen.

Genomische complexiteit
Het team leerde steeds meer over de genomische complexiteit van Ca. Thiomargarita magnifica. “De bacteriën bevatten drie keer meer genen dan de meeste bacteriën en honderdduizenden genoomkopieën die door de hele cel zijn verspreid,” merkt Volland op. De onderzoekers laten met hun studie zien hoe bijzonder Ca. Thiomargarita magnifica in feite is. Het is een bacterie, maar is op veel vlakken ook weer heel uniek. “Dit project was een mooie gelegenheid om aan te tonen hoe complexiteit evolueerde in enkele van de eenvoudigste organismen,” concludeert onderzoeker Shailesh Date. “Dus organismen waarvan we denken dat ze heel, heel eenvoudig zijn, kunnen behoorlijke verrassingen voor ons in petto hebben.”

Hoewel de onderzoekers dankzij hun studie meer over Ca. Thiomargarita magnifica te weten zijn gekomen, heeft het ook weer tot nieuwe vragen geleid. Eén daarvan is bijvoorbeeld de rol van de bacterie in het mangrove-ecosysteem. Daarnaast rijst de vraag of de nieuw ontdekte organellen (de pepinen) betrokken zijn geweest bij de extreme grootte van de bacterie en/of pepinen al dan niet aanwezig zijn in andere bacteriesoorten. Het succesvol kweken van de bacterie in het laboratorium kan mogelijk enkele van deze vragen beantwoorden, zo besluiten de onderzoekers.