Thiomargarita magnifica: il batterio più grande del mondo
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T.J. Kirn, M.J. Lafferty, C.M.P Sandoe and R.K. Taylor, 2000
Siamo abituati a considerare i batteri come piccoli, invisibili coinquilini del nostro pianeta di cui sappiamo e accettiamo di buon grado l’esistenza, rassegnandoci all’idea che non potremo mai riuscire a coglierli in flagrante prima di un’infezione o della colonizzazione di qualche angolo di mondo a noi necessario, come lo schermo del nostro cellulare o lo spazzolino da denti. Per questo, quando si parla del batterio più grande del mondo, ci immaginiamo qualcosa che, comunque, non riusciremmo a scorgere solamente con la limitata risoluzione dei nostri occhi.
Questo perché sono esseri viventi microscopici –come suggeriscono le denominazioni di “microbi” e “microrganismi” con cui li si definisce di solito- e, in microbiologia, la loro dimensione è sempre stata una delle tante caratteristiche che permetteva di distinguerli dalle altre cellule.
Bene, prendiamo questa informazione e mettiamola da parte perché, mentre noi studiavamo la suddivisione degli essere viventi nei cinque regni, sulle foglie sommerse delle mangrovie delle Antille Francesi, precisamente sull’isola di Guadalupe, vive indisturbato, da chissà quanto, un certo esserino monocellulare filiforme di cui si sta molto parlando negli ultimi giorni: Thiomargarita magnifica.
Credits: T. magnifica accanto moneta da 10 cent – Tomas Tyml
Nonostante possa raggiungere i 2 cm di lunghezza, un gigante nel mondo microscopico, le analisi genetiche svolte lo collocano senza ombra di dubbio tra le fila dei bacteria. Le dimensioni medie degli altri batteri sono di pochi micron (μm), come per E. Coli, ma possono oscillare tra 0,2 e 30μm, escluse le eccezioni: da tempo sono già noti batteri “giganti” di dimensioni anche di centinaia di micron. Oggi, T. magnifica è il batterio più grande del mondo mai osservato; ha scalzato dal podio Thiomargarita namibiensis, ovvero la perla sulfurea della Namibia e i suoi ragguardevoli 0,750 mm che gli avevano garantito il primato.
Credits: A centimeter-long bacterium with DNA compartmentalized in membrane-bound organelles – Volland et al., bioRxiv, 2022
Nello studio che vede protagonista T. magnifica, “A centimeter-long bacterium with DNA compartmentalized in membrane-bound organelles”, pubblicato in un preprint su bioRxiv, non sono evidenziate solamente le sue dimensioni da guinness world record, ma si presta molta attenzione anche alla sua peculiare struttura e organizzazione in due tipi di sacche membranose, di cui sono state già state definite le funzioni putative.
Una di queste sacche occupa il 73% del volume totale del corpo del microbo e contiene acqua: sembra essere questa la vera responsabile delle grandi dimensioni di questo batterio. Infatti, già in altri esemplari giganti, sono state trovate delle strutture molto simili, non contenenti necessariamente acqua, ma che gonfiandosi permettevano al batterio di incrementare la sua taglia.
La seconda sacca è ancora più interessante e, per comprendere pienamente il suo valore, vale la pena fare un piccolo ripasso.
I batteri fanno parte del dominio dei Prokaryota, procarioti, dal greco πρό (prima) e κάρυον (karyon – nucleo), cioè hanno il genoma libero all’interno del citoplasma e sono privi di organelli; l’altro dominio è degli Eukaryota, eucarioti, dal greco εὖ (buono) e κάρυον (nucleo), di cui fanno parte le cellule degli organismi pluricellulari, il cui materiale genetico è relegato in una regione delimitata da una membrana, il nucleo, e dispongono di tante altre strutture funzionali, gli organelli. Per molto tempo, infatti, i batteri sono stati ritenuti cellule non-compartimentalizzate, ovvero senza organelli specializzati, considerati semplici “sacchetti di enzimi”.
La scoperta dona una rinnovata importanza al popoloso gruppo dei batteri, declassati come organismi poco complessi. Con l’aumento delle dimensioni, infatti, aumentano le esigenze energetiche cellulari e i vari stratagemmi che gli stessi batteri devono mettere in atto per farvi fronte e sopravvivere nell’ambiente che considerano casa. Più sono le competenze e le funzioni acquisite dal microrganismo, più informazioni dovrà portarsi dietro per avere tutti gli strumenti da utilizzare nel momento del bisogno. Queste informazioni sono tutte contenute nel genoma, e il patrimonio genetico di T. magnifica è magnifico almeno quanto lui: conta ben 11 milioni di basi che ospitano circa 11.000 geni. Si tratta di un genoma enorme per un piccolo microbo, dato che i genomi batterici generalmente contano “solo” 4 milioni di basi e circa 3900 geni.
T. magnifica, invece, di avere un genoma che fluttua libero nel citoplasma, lo “conserva” all’interno di una delle sacche costituite da una doppia membrana, ricordando inaspettatamente l’organizzazione strutturale degli eucarioti. Questi nuovi, inediti, mai osservati prima organelli di membrana sono stati chiamati “pepins”, dal latino “pep”, parola per esprimere il concetto di piccolezza, ma anche come analogia con i semi contenuti nell’anguria o nei kiwi (pins). Questi organelli, che contengono numerosi ribosomi, potrebbero giocare anche un’importante ruolo nell’aumentare la superficie della membrana deputata ai processi bioenergetici.
L’organizzazione del materiale genetico di T. magnifica, così poco ordinaria per un batterio, lo rende agli occhi di Volland e del team che ha contribuito alla sua caratterizzazione, il plausibile anello mancante tra procarioti ed eucarioti. Potrebbe essere davvero uno dei tasselli fondamentali nel grande mosaico dell’evoluzione?
Credits: Archaea and the origin of eukaryotes -Eme, nature reviews microbiology, 2017
Affrontiamo questa domanda molto complessa dal punto di vista di un evoluzionista.
Come possiamo vedere dall’immagine sopra, i batteri e gli eucarioti sono evolutivamente molto lontani, sono bracci di uno stesso albero che seguono percorsi diversi. Questa considerazione è sufficiente per far emergere il dubbio che parlare di anello mancante possa essere azzardato.
Ciò che sappiamo è che T. Margarita è funzionalmente simile agli eucarioti, perciò sarebbe più prudente dire che potrebbe trattarsi di un caso di convergenza evolutiva: fenomeno per il quale esseri viventi molto diversi tra loro, senza alcuna “parentela”, presentano delle peculiarità morfologiche e/o strutturali simili, che sono però una risposta di adattamento all’ambiente in cui si trovano a vivere. Potremmo, dunque, affermare che entrambi hanno trovato, seppur in modo individuale, il modo più “intelligente” di affrontare uno stesso problema.
La scoperta di T. magnifica, in ogni caso, è importante e ha dato un nuovo impulso alla questione sull’origine della complessità biologica, domanda tra le più importanti nella stessa biologia che, a causa dell’intrico evolutivo e della difficoltà nello sbrogliarlo, ancora non trova una risposta completa. Ciò ha portato, ancora una volta, ad interrogarsi sui limiti delle definizioni adottate e a chiederci se è il caso di ridefinire le classificazioni finora utilizzate nella biologia. Per il momento, il metodo adottato sembra descrivere con verisimiglianza la realtà degli esseri viventi che popolano il meraviglioso ecosistema che chiamiamo Terra.
Infine, possiamo constatare come questo batterio metta in luce egregiamente la diversità che ci circonda, e quanto abbastanza malleabile da lasciar aggiungere un ramo qua e là nel grande albero dell’evoluzione, man mano che si arricchisce di nuove conoscenze.
Per saperne di più:
A centimeter-long bacterium with DNA compartmentalized in membrane-bound organelles
Largest bacterium ever discovered has an unexpectedly complex cell
Scoperto il più grande batterio conosciuto e ha una cellula inaspettatamente complessa
post di scienziati, filosofi e altri animali
Da sempre innamorata del mondo cellulare, microscopico ed invisibile, nel 2019 ho conseguito la laurea magistrale in Biotecnologie Mediche presso l’Università di Roma La Sapienza. Mi piace tutto ciò che posso osservare attraverso una lente, infatti sono affascinata dalla microscopia, dalla fotografia e, ultimamente, dall’astronomia. La sfida che sto affrontando al momento è lo studio della comunicazione della scienza, mondo a cui mi sono avvicinata da poco ma che coniuga la mia curiosità scientifica con la passione per la scrittura. Credo che il mondo abbia bisogno di bellezza ma, a volte, è nascosta dietro parole difficili o concetti troppo settoriali. Mi piace pensare di poter aiutare a renderla osservabile a tutti, nel mio piccolo.
Il mio motto è: “Sono disposta a credere a tutto, devi solo convincermi”.
