Thiomargarita namibiensis

Thiomargarita namibiensis es una bacteria cocoide Gram-negativa, que se encuentra en los sedimentos oceánicos de la plataforma continental de Namibia. Es la segunda bacteria más grande jamás descubierta, por regla general de 0,1 a 0,3 mm (100 a 300 μm) de diámetro, pero a veces alcanza los 0,75 mm (750 μm). Las células de Thiomargarita namibiensis son lo suficientemente grandes como para ser visibles a simple vista. Aunque la especie ostentaba el récord de la bacteria más grande conocida, Epulopiscium fishelsoni, previamente descubierta en el intestino del pez cirujano, crece un poco más, pero se estrecha.

Thiomargarita significa "perla de azufre". Esto se refiere a la apariencia de las células; contienen gránulos de azufre microscópicos que dispersan la luz incidente, dando a la célula un brillo nacarado. Al igual que muchas bacterias cocoides como Streptococcus, su división celular tiende a ocurrir a lo largo de un solo eje, lo que hace que sus células formen cadenas, como collares de perlas. El nombre de la especie namibiensis significa "de Namibia".

Ocurrencia

La especie fue descubierta por Heide N. Schulz y otros en 1997, en los sedimentos del fondo marino costero de Walvis Bay (Namibia). Schulz y sus colegas, del Instituto Max Planck de Microbiología Marina, estaban en un barco de investigación ruso, el Petr Kottsov, cuando el color blanco de este microbio llamó su atención. En realidad, estaban buscando otras bacterias marinas comedoras de sulfuro encontradas recientemente, Thioploca y Beggiatoa. Terminaron con un descubrimiento completamente nuevo, de una cepa prima mucho más grande de las otras dos bacterias. En 2005, se descubrió una cepa estrechamente relacionada en el Golfo de México. Entre otras diferencias con la cepa de Namibia, la cepa mexicana no parece dividirse a lo largo de un solo eje y, en consecuencia, no forma cadenas.

La bacteria más grande conocida anteriormente era Epulopiscium fishelsoni, con 0,5 mm de largo. Thiomargarita magnifica descrita en 2022 es más grande.

Thiomargarita namibiensis, recolectando nitrato y oxígeno en el agua sobre el fondo en caso de ser reutilizado y recolectando sulfuro en los sedimentos

Estructura

Aunque Thiomargarita está estrechamente relacionado con Thioploca y Beggiatoa en función, sus estructuras demostraron ser muy diferentes. Las células Thioploca y Beggiatoa son mucho más pequeñas y crecen apretadas unas sobre otras en largos filamentos. Su forma es necesaria para que se trasladen a los sedimentos del océano para encontrar más sulfuro y nitrato. Por el contrario, Thiomargarita crece en filas de celdas individuales separadas en forma de bola, lo que no les permite tener el rango de movilidad que tienen Thioploca y Beggiota.

Con su falta de movimiento, Thiomargarita se ha adaptado desarrollando burbujas muy grandes que almacenan nitrato, llamadas vacuolas, lo que les permite sobrevivir largos períodos de hambre de nitrato y sulfuro. Las vacuolas les dan la capacidad de permanecer inmóviles, a la espera de que las aguas ricas en nitratos las cubran una vez más. Estas vacuolas son las que explican el tamaño que los científicos habían considerado imposible anteriormente. Los científicos descartaron las bacterias grandes, porque las bacterias dependen de la quimiosmosis a través de sus membranas para producir ATP, a medida que las células crecen, producen proporcionalmente menos ATP, por lo que la producción de energía limita su tamaño. Thiomargarita son una excepción a esta restricción de tamaño, ya que su citoplasma se forma a lo largo de la periferia de la célula, mientras que las vacuolas que almacenan nitrato ocupan el centro de la célula. A medida que estas vacuolas se hinchan, contribuyen en gran medida al tamaño récord. Posee el récord de la bacteria más grande del mundo, con un volumen tres millones de veces mayor que el de la bacteria promedio.

Metabolismo

La bacteria es quimiolitotrófica y es capaz de usar nitrato como aceptor terminal de electrones en la cadena de transporte de electrones. El organismo oxidará el sulfuro de hidrógeno (H₂S) en azufre elemental (S). Este se deposita en forma de gránulos en su periplasma y es altamente refringente y opalescente, lo que hace que el organismo parezca una perla.

Mientras que el sulfuro está disponible en el sedimento circundante, producido por otras bacterias a partir de microalgas muertas que se hundieron hasta el fondo del mar, el nitrato proviene del agua de mar de arriba. Dado que la bacteria es sésil y la concentración de nitrato disponible fluctúa considerablemente con el tiempo, almacena nitrato en alta concentración (hasta 0,8 molar) en una gran vacuola como un globo inflado, que es responsable de aproximadamente el 80% de su tamaño. Cuando las concentraciones de nitrato en el ambiente son bajas, la bacteria utiliza el contenido de su vacuola para respirar. Así, la presencia de una vacuola central en sus células permite una supervivencia prolongada en sedimentos sulfurosos. La falta de motilidad de las células de Thiomargarita se compensa con su gran tamaño celular.

Investigaciones recientes también han indicado que la bacteria puede ser anaeróbica facultativa en lugar de anaeróbica obligada y, por lo tanto, capaz de respirar con oxígeno si es abundante.

Importancia

El gigantismo suele ser una desventaja para las bacterias. Las bacterias obtienen sus nutrientes a través de un proceso de difusión simple a través de su membrana celular, ya que carecen del sofisticado mecanismo de absorción de nutrientes que se encuentra en los eucariotas. Una bacteria de gran tamaño implicaría una relación más baja entre el área de superficie de la membrana celular y el volumen celular. Esto limitaría la tasa de absorción de nutrientes a niveles de umbral. Las bacterias grandes pueden morir de hambre fácilmente a menos que tengan un mecanismo de respaldo diferente. T. namibiensis supera este problema al albergar grandes vacuolas que pueden llenarse con nitratos que sustentan la vida.