Primera evidencia de microscopía detallada de las bacterias

Las células tienen un volumen promedio de 0,009 micros cúbicos (una micra es la millonésima parte de un metro). Cerca de 150 de estas bacterias podrían caber dentro de una Escherichia coli celular y más de 150.000 células podrían caber en la punta de un cabello humano.

Las diversas bacterias se encontraron en las aguas subterráneas y se cree que son bastante comunes. También es bastante extraño, y no es una sorpresa dado que las células están cerca y en algunos casos menores a varias estimaciones para el límite de tamaño de vida inferior. Este es lo más pequeño que puede ser una célula y todavía tener suficiente material para mantener la vida. Las células bacterianas son espirales que son probablemente de ADN, un número muy pequeño de los ribosomas, apéndices similares a pelos densamente poblado, y un metabolismo que probablemente les obliga a depender de otras bacterias para muchas de las necesidades de la vida.

Aprender más sobre los organismos de estos tipos podría arrojar luz sobre el papel de los microbios en el clima del planeta, nuestro suministro de alimentos y agua, y otros procesos clave.

“Estas ultra pequeñas bacterias recientemente descritas son un ejemplo de un subconjunto de la vida microbiana en la tierra que no sabemos casi nada,” dice Jill Banfield, científico Principal de la Facultad en la División de Ciencias de la Tierra del Laboratorio Berkeley y profesor de UC Berkeley en los departamentos de la Tierra y Ciencias Planetarias y Ciencias Ambientales, Políticas y Gestión.

“Son enigmáticas. Estas bacterias se detectan en muchos ambientes y probablemente juegan un papel importante en las comunidades microbianas y los ecosistemas. Pero todavía no entienden completamente lo que estas bacterias ultra-pequeñas hacen“, dice Banfield.

Banfield es un co-autor correspondiente del Nature Communications papel con Birgit Luef, un ex investigador postdoctoral en el grupo de Banfield que ahora trabaja en la Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología, en Trondheim.

“No hay un consenso sobre lo pequeño que puede ser un organismo de vida libre, y cuáles son las estrategias de optimización de espacio que pueden ser para una celda en el límite inferior de tamaño para la vida. Nuestra investigación es un paso significativo en la caracterización del tamaño, forma, y la estructura interna de las células ultra pequeñas, “dice Luef.

Los científicos se propusieron estudiar las bacterias de filos que carecen de representantes cultivados. Algunas de estas bacterias tienen genomas muy pequeños, por lo que los científicos conjeturaron las bacterias mismas también pueden ser muy pequeñas.

Para concentrar estas células en una muestra, que filtran las aguas subterráneas recogidas en Rifle, Colorado a través de filtros sucesivamente más pequeños, hasta 0,2 micras, que es el tamaño utilizado para esterilizar el agua. Las muestras resultantes eran cualquier cosa menos estéril. Ellos se enriquecieron con increíblemente diminutos microbios, que estaban congelados a -272 grados centígrados en una primera de su tipo, versión portátil de un dispositivo llamado un émbolo crio. Esto aseguró que los microbios no fueron dañados en su viaje desde el campo hasta el laboratorio.

Las muestras congeladas fueron transportados al laboratorio de Berkeley, donde Luef, con la ayuda de Luis Comolli de la División de Ciencias de la Vida del laboratorio de Berkeley, caracterizaron el tamaño de las células y la estructura interna utilizando 2-D y la microscopía electrónica de transmisión criogénica 3-D. Las imágenes también revelaron la división de células, lo que indica que las bacterias eran sanas y no estaban muertas de un tamaño anormalmente pequeñas.

Los genomas de las bacterias fueron secuenciados en el Instituto Conjunto del Genoma, DOE Oficina de Ciencia ubicado en Walnut Creek, California, bajo la dirección de Susannah Tringe. Los genomas eran aproximadamente un millón de pares de bases de longitud. Además, los análisis de metagenómica y otras basadas en el ADN de las muestras se llevaron a cabo en la Universidad de Berkeley, que ofrece una gran cantidad de bacterias de WWE3, OP11, y OD1 filos.

Esta combinación de trabajo de campo innovador y microscopía de estado-of-the-art y el análisis genómico dio la descripción más completa de ultra-pequeñas bacterias hasta la fecha.

Entre sus hallazgos: Algunas de las bacterias tienen apéndices filiformes, llamados pili, que podrían servir de conexiones “de apoyo a la vida” a otros microbios. La información genómica indica que las bacterias carecen de muchas de las funciones básicas, por lo que probablemente se basa en una comunidad de microbios de los recursos críticos.

Los científicos también descubrieron lo mucho que aún nos queda por aprender acerca de la vida ultra-pequeña.

“No sabemos la función de la mitad de los genes que encontramos en los organismos de los tres filos”, dice Banfield.

Los científicos también utilizaron la fuente de luz avanzada, una facilidad provista por DOE Oficina de Ciencia situado en Berkeley Lab, donde Hoi Ying-Holman de la División de Ciencias de la Tierra ayudó a determinar que la mayoría de las células en las muestras eran bacterias, no arqueas.

La investigación es una contribución significativa a lo que se conoce acerca de los organismos ultra pequeños. Recientemente, los científicos estimaron que el volumen de las células de una bacteria marina es 0.013 micrones cúbicos, pero usaron una técnica que no mide directamente el diámetro de la célula. También hay imágenes de microscopía electrónica previa de un linaje de Archaea con volúmenes de células tan pequeñas como de 0,009 micrómetros cúbicos, similares a estas bacterias, incluyendo los resultados de algunos de los mismos investigadores. En conjunto, los resultados ponen de relieve la existencia de células pequeñas con capacidades metabólicas inusuales y bastante restringidas de dos de las tres principales ramas del árbol de la vida.