September 24, 2022

Ketika Olivier Gros, seorang ahli biologi kelautan dan profesor di University of the French Antilles di Guadeloupe, pergi mencari mikroba di perairan laut yang hangat di Karibia selatan, dia tidak mencoba menemukan spesies bakteri baru yang akan menantang pemahaman tradisional. bagaimana sel mikroskopis bekerja. Tapi dalam sedimen yang kaya dari sistem bakau di sepanjang laut, itulah yang dia dapatkan.

Spesies baru, sekarang bernama Ca. Thiomagarita magnifica, adalah bakteri terbesar yang pernah ditemukan. Panjangnya bisa mencapai 2 sentimeter—terlihat dengan mata telanjang—dan 5.000 kali lebih besar dari beberapa bakteri lain. Dan sementara ini saja yang menonjol, struktur sel yang sangat kompleks membedakannya lebih jauh dari yang lain dari jenisnya. Sebuah studi yang diterbitkan hari ini di jurnal Sains menjelaskan bagaimana Gros dan peneliti lain dari Joint Genome Institute (JGI), sebuah proyek yang dijalankan oleh Departemen Energi AS, dan Universitas Antillen Prancis di Guadeloupe menemukan dan mengidentifikasi bakteri yang menentang kategori ini.

Foto udara menunjukkan hutan bakau kepulauan Guadeloupe di Karibia Prancis pada April-Mei 2022. Hugo Bret

T. perbesaran adalah organisme bersel tunggal yang terlihat seperti mie bihun putih tipis. Itu milik genus Thiomagarita, juga dikenal sebagai bakteri raksasa—meskipun spesies ini 50 kali lebih besar daripada anggota kelompoknya. Gros menemukan bakteri pengoksidasi belerang ini menempel pada sedimen di bawah pohon bakau yang tergenang air di sekitar Guadeloupe. Sejauh ini, para peneliti mengatakan mereka belum menemukan spesies tersebut di tempat lain. Penemuan awal dilakukan pada tahun 2009, tetapi analisis dan publikasi tertunda karena spesimen hanya tersedia musiman di lapangan. (Ahli mikrobiologi belum menentukan pola waktunya.)

Tim Gros juga butuh beberapa saat untuk mengenali bahwa spesimen itu bahkan bisa menjadi bakteri, mengingat mereka bisa melihatnya tanpa mikroskop, yang biasanya diperlukan untuk mengamati sebagian besar bakteri. Tetapi dengan penelitian lebih lanjut, Silvina Gonzalez-Rizzo, seorang profesor biologi molekuler di Universitas Antillen Prancis dan penulis makalah tersebut, menggunakan pengurutan genetik untuk mengidentifikasinya sebagai prokariotik—dan lebih khusus lagi, bakteri.

See also  Dapatkan paket seumur hidup ke aplikasi mindfulness #1 dunia hanya dengan $70

“Saya pikir mereka adalah eukariota … karena mereka sangat besar dengan banyak filamen,” kata Gonzalez-Rizzo dalam siaran pers. “Fakta bahwa mereka adalah mikroba ‘makro’ sangat menarik!”

[Related: Can you guess the tiny objects in these zoomed-in photos?]

Secara umum, kehidupan yang dikategorikan oleh sel dibagi menjadi dua kelompok: prokariota, yang mencakup bakteri dan mikroba bersel tunggal lainnya yang disebut archaea, dan eukariota, yang mencakup segala sesuatu mulai dari ganggang hingga manusia. Para ilmuwan percaya bahwa eukariota berevolusi dari prokariota sekitar 2,7 miliar tahun yang lalu, yang telah menciptakan beberapa perbedaan utama antara keduanya. Perbedaan terbesar adalah bahwa sel eukariotik memiliki inti yang jelas yang mengandung DNA sel, sedangkan sel prokariotik tidak; DNA mereka mengapung bebas melalui sel sebagai gantinya.

T. perbesaran tidak mematuhi aturan tersebut, namun. Tidak hanya secara eksponensial lebih besar daripada kebanyakan bakteri, ia juga menyimpan DNA-nya di dalam membran—seperti sel eukariotik yang lebih kompleks. Jean-Marie Volland, seorang ilmuwan dengan janji bersama di JGI dan Laboratory for Research in Complex Systems, menggunakan berbagai teknik mikroskop untuk mengidentifikasi kompartemen baru yang terikat membran yang mengandung DNA.

Ketidaksesuaian spesies ini membingungkan, bahkan bagi para peneliti yang telah melihat bakteri dari segala bentuk dan fungsi. Sel prokariotik yang menunjukkan sifat eukariotik mempertanyakan aturan klasifikasi yang telah lama dipegang.

“Saya cenderung sangat kritis terhadap apa pun yang tidak biasa,” kata Tanja Woyke, kepala program genom mikroba JGI, yang membantu merancang T. perbesaran studi untuk memastikan konsistensi dalam hasil. “Jadi kami banyak berdiskusi tentang kontrol yang tepat dalam penelitian kami dan terlalu berhati-hati. Klaim besar membutuhkan bukti besar.”

See also  Beruang kutub Greenland beradaptasi dengan dunia yang tidak terlalu dingin

Selain ukurannya yang menakjubkan dan organisasi DNA, T. perbesaran juga memiliki jumlah gen tiga kali lipat dari kebanyakan bakteri. Woyke mengatakan kelimpahan ini dapat memungkinkan organisme untuk merespons rangsangan lokal, dan mengaktifkan gen yang terisolasi di berbagai bagian selnya. Misalnya, jika satu area perlu membuat lebih banyak oksigen, itu bisa meningkatkan produksi secara lokal.

Cara lain T. perbesaran berbeda dari bakteri lain adalah bahwa ia memiliki siklus hidup dimorfik dan berkembang biak melalui tunas. Melalui proses ini, sel filamen panjang akan menyempit pada satu titik dan menumbuhkan tunas mani yang akan melepaskan, menetap di lingkungan, menempel pada substrat baru, dan tumbuh menjadi individu baru yang tampak identik. Siklus hidup ini belum pernah diamati sebelumnya pada skala ini, kata Volland.

Hanya 1 persen gen yang ditransmisikan ke sel anak melalui proses tunas ini, tetapi itu tidak berarti sisanya acak. Meskipun umum untuk melihat variasi genetik di seluruh sel bakteri, karena T. perbesaran menurunkan persentase genetiknya yang begitu rendah kepada keturunannya, mungkin wajar untuk berpikir akan ada banyak keragaman dalam kasusnya juga. Namun, dalam ribuan salinan genom yang diurutkan oleh tim, tim Volland mencatat ada sangat sedikit variasi—artinya meskipun transfernya minimal, salinan genomnya hampir identik.

“Salah satu pertanyaan besar untuk masa depan ini adalah mencari tahu bagaimana bakteri ini mempertahankan homogenitasnya,” kata Volland. Ini adalah pertanyaan yang ingin dia kejar di masa depan.

[Related: The secret to vinegar’s tangy flavor lies in bacteria]

Bagi Woyke dan Volland, penemuan ini bukan hanya tentang memperkenalkan bakteri baru dalam catatan ilmiah—tetapi juga menunjukkan bahwa ada cara baru untuk mengidentifikasi organisme yang mungkin tidak pernah dipertimbangkan sebelumnya. Ahli mikrobiologi melihat organisme mikroskopis, kata Volland, jadi ada bias dalam penelitian terhadap bakteri yang dapat dilihat di bawah mikroskop. Temuan timnya menunjukkan bahwa para ahli dapat berpikir di luar kebiasaan dan mencari ciri-ciri yang mungkin tidak khas untuk subjek studi mereka. Ini tentang menantang bias konfirmasi, kata Volland.

See also  Pabrik batubara terbesar di Alaska tutup

“Kami memiliki kesempatan unik ini sekarang untuk melihat mikroba yang hidup saat ini yang berkembang menuju ukuran yang lebih besar, kompartementalisasi DNA, dan semua masalah kompleksitas biologis ini,” kata Volland. “Kadang-kadang penelitian ini sulit karena Anda harus kembali ke masa lalu dan mencari urutan tersembunyi dalam data. Tetapi dengan spesies ini, kita dapat menggunakannya sebagai sistem modern untuk mengajukan pertanyaan tentang apa kunci bakteri berkembang untuk tumbuh.”