חיידקי ענק שאורכם כסנטימטר!

 

החיידק Thiomargarita magnifica, שנמצא בקריביים, שובר את שיא הגודל של חיידקים.

בביצות המנגרובים של גוואדלופ, בים הקריבי, נמצאו חיידקים מהמין Thiomargarita magnifica, שאורכם הממוצע מגיע לסנטימטר אחד ונראים בקלות ללא אמצעי עזר. חיידקים אלה גדולים בשלושה סדרי גודל ממרבית החיידקים המוכרים לנו, ופי 15 עד 50 מקרוביהם, Thiomargarita namibiensis, שהחזיקו בשיא הקודם. 

חיידק Thiomargarita magnifica על עלה של מנגרוב אדום
צילום: Jean-Marie Volland

כשמדברים על חיידקים, לרוב אלה יצורים שאפשר לראות בעזרת מיקרוסקופ אור. ואכן עד 1985 זו הייתה המציאות. גודלם של מרבית החיידקים נכון לאז (וגם להיום) הוא בסביבות 2 מיקרומטר (מיקרומטר = אלפית המילימטר). אומנם הכרנו חיידקים חריגים בגודלם אך גם אותם אי אפשר לראות בעין בלתי מזוינת. 

חשוב להסביר שיש מגבלה תאורטית לגודל של חיידקים - רוב חילוף החומרים שלהם מתבצע בעזרת דיפוזיה, שבה החומרים נעים בהתאם למפל ריכוזים, ללא מערכות הובלה, ולכן חילוף חומרים יעיל יכול לקרות רק בחיידקים שאינם גדולים ממיקרומטרים בודדים. 

בשנת 1985 התגלו סימביונטים (סימביוזה = חיים ביחד; סימביונטים - יצורים החיים בסימביוזה) במעיהם של דגים מהסוגים בתרן (Acanthurus) וקרנפון (Naso) בים סוף וגם בשונית המחסום הגדולה של אוסטרליה [1]. אורכם של הסימביונטים, שנחשדו בהתחלה כאֵיקַרְיוֹטִים, כלומר תאים בעלי גרעין ואברונים, היה 700-200 מיקרומטר ורוחבם 80-30 מיקרומטר. בשנת 1993 התברר שהם למעשה חיידקים, וניתן להם השם Epulopiscium fishelsoni, על שם הזואולוג הישראלי לב פישלזון, שגילה אותם [2]. אלה היו החיידקים הראשונים שאפשר היה לראות ללא מיקרוסקופ והגדולים ביותר הידועים עד 1999.

E. fishelsoni - החיידק הראשון שנראה בעין רגילה, בהשוואה לסנדלית
 Dr. Esther Angert, Cornell University

בשנת 1999 התגלו בקרקעית מי הים הרדודים של נמיביה חיידקי-ענק זוהרים, והם כונו Thiomargarita namibiensis, "פניני הגופרית של נמיביה" [3]. קוטרם הממוצע הוא 180 מיקרומטר והגדולים שבהם יכולים להגיע ל-750 מיקרומטר (0.75 מילימטר). רוב נפח התא שלהם הוא חלולית (vacuole) ענקית - חלל גדול עטוף בממברנה שבאופן מעשי איננו חלק של התא למרות שהוא נמצא בתוכו. החלולית מכילה חומרי תשמורת גופריתיים זוהרים. התא עצמו מקיף את החלולית וקוטרו ה"מעשי" כ-3 מיקרומטר, וכך מתמודד החיידק עם בעיית הדיפוזיה של חומרים. אלה נחשבו לחיידקים הגדולים ביותר בשני העשורים האחרונים. 

בשנת 2017 גילה אוליבייה גרוס (Gros), ביולוג ימי מאוניברסיטת Pointe-à-Pitre באנטילים הצרפתיים, יצורים מוזרים הגדלים בקורים ארוכים ודקים על עלים נרקבים של עצי מנגרובים באי גוואדלופ שבים הקריבי. כעבור כמה שנים קבעו את רצף ה-RNA הריבוזומי של אותם יצורים והתברר כי למעשה מדובר בחיידקים. קביעת הרצף גם שייכה את החיידקים הענקיים החדשים לסוג המוכר כבר מ-1999, Thiomargarita. שם המין החדש:  Thiomargarita magnifica - "פניני הזכוכית המדהימות" [4, 5]. 

לפני שנתאר את החיידקים המיוחדים Thiomargarita magnifica, נסביר שאת שלושת חיידקי הענק שהזכרנו עד כה, לא ניתן לגדל בתרבית במעבדה, כי החוקרים לא מצאו את התנאים המלאים המאפשרים את גידולם. וככאלה, בספרות המדעית מתווסף לפני שמם התואר Candidatus, מועמד - מזכרת מהתקופה שחיידקים קיבלו שם רק אחרי שהצליחו לתרבת אותם במעבדה. אז מה כן ניתן לעשות במעבדה בחיידקים אלה? ניתן רק לצפות בהם לאחר האיסוף ולנסות להסיק מסקנות מתצפיות אלה. כמובן שאפשר לכמת ולקבוע את הרצף של החומר התורשתי, ה-DNA, שלהם.

כאמור, חיידקי Thiomargarita magnifica חיים בשרשראות ארוכות על עלים של עצי מנגרובים אדומים (Rhizophora mangle). אורכם של מרבית התאים הוא כמה מאות מיקרומטרים, וחלקם  מגיע לגודל של  סנטימטר ואף יותר. 

גם ל-Thiomargarita magnifica חלולית ענקית, שתופסת נפח של 80-65 אחוזים מנפח התא הארוך, וקוטר התא המעשי (בניכוי קוטר החלולית) הוא 5-2.5 מיקרומטרים. החלולית בשני מיני החיידקים בסוג Thiomargarita מכילה חומרי תשמורת גופריתיים, שאותם החיידקים מייבאים בהתאם לצורכי התא לתוך גרנולות, שהן חללים שנמצאים בתוך הציטופלזמה של התא, כדי להפיק מהם אנרגיה.   

 

להמחשת הגודל העצום של החיידק, אפשר להשוות אותו לזבוב תסיסנית המחקר (Drosophila melanogaster) שאורכו כ-3,000 מיקרומטר (3 מילימטר).

בחלק מהתאים נצפתה תופעה מדהימה - התא מכיל כחצי מיליון (!) עותקים של החומר התורשתי של החיידק. לשם השוואה, בחיידקים "רגילים" יש רק עותק אחד של החומר התורשתי ובתאים שלנו יש שני עותקים. רק חלק מהעותקים פעילים, והם עטופים בממברנה ביחד עם ריבוזומים ומרכיבים תאיים נוספים. ה"אברון" שנוצר מכונה פפין (pepin) בגלל דמיונו לזרעים של פירות כמו תפוחים או אגסים (pips). אין מדובר בגרעין התא כמו שקיים בתא איקריוטי - המכיל רק את החומר התורשתי ואינו מכיל את הריבוזומים. כנראה שגם תהליכי הפקת האנרגיה בתא מתקיימים בפפינים. 

שלא כמו בחלוקה השגרתית בחיידקים שבה התא מכפיל את אורכו ואז מתחלק לשניים, חיידקי Thiomargarita magnifica מתרבים בתהליך של הנצה שבו נוצרת שלוחה צדדית של התא. לניצן החדש מגיעים מספר עותקים של החומר התורשתי - אורך התאים המתחלקים הוא 14-6 מילימטר וגודל הניצנים המתנתקים הוא כ-2 מילימטר. 

חיידקי Thiomargarita magnifica הם אכן חריגים בגודלם והם בהחלט שוברים מוסכמות לגבי כל מה שידענו על  גודלם של חיידקי-ענק. מעניין לשאול: האם בעתיד נמצא חיידקים גדולים עוד יותר? 

מקורות וקריאה נוספת

הסקירה ב-Science על התגלית

תקציר המאמר המקורי מ-2022 שמדווח על Thiomargarita magnifica

תקציר המאמר המקורי מ-1999 שמדווח על Thiomargarita namibiensis

תקציר המאמר המקורי מ-1985 שמדווח על סימביונטים "איקריוטיים" במעי  דגים 

מאמר ההמשך מ-1993 על הסימביונטים התבררו כחיידקים, שכונו Epulopiscium fishelsoni

עריכה: גליה הלוי שדה

תודה לחברים "ממדע גדול בקטנה", עלי שמשוני, אורן אוסטר, ליזה יעקובוביץ', קרינה סמבליאן ועדי ארמוני, על הארותיהם והערותיהם. תודה לאסף יקיר על שהסב את תשומת ליבי לפרסום המקדים.

פורסם גם באתר ובדף הפייסבוק של "מדע גדול בקטנה", ביולי 2022.