De grootste bacterie ter wereld is 2 centimeter lang en leeft in het mangrovebos

Groter dan een bodemwormpje of een fruitvliegje. Wetenschappers hebben in de modder van een mangrovebos van het Caraïbische eiland Guadeloupe een reuzenbacterie gevonden. Eén cel van deze dunne, extreem lange bacterie heeft gemiddeld het formaat van een wimperhaar, bijna een centimeter lang. Dat is vijfduizend keer groter dan de normale afmetingen van een bacterie. De langste exemplaren van deze Thiomargarita magnifica, zoals de bacterie voorlopig door de onderzoekers wordt genoemd, maten zelfs twee centimeter. Een artikel met een uitvoerige beschrijving van deze spectaculaire ontdekking verscheen donderdag in Science.

De Franse microbioloog Olivier Gros van de Université des Antilles trof de bacterie al in 2009 voor het eerst aan. Op een afgevallen mangroveblad dat naar de bodem was gezonken zag hij ze als witte draadjes zitten. Zelfs hij, als expert op het gebied van micro-organismen, besefte niet dat het bacteriën waren. „In eerste instantie dacht ik dat het een eukaryoot organisme moest zijn”, zegt Gros. Eukaryoten zijn organismen met een celkern waarin hun dna zit, en met celorganellen zoals mitochondriën en bladgroenkorrels.

Gros nam ze mee naar het lab en bestudeerde ze onder de lichtmicroscoop en vervolgens ook met de elektronenmicroscoop. „Ik zocht naar een celkern of mitochondriën die karakteristiek zijn voor eukaryote cellen. Maar ik vond helemaal niets! Ik ontdekte wel zwavelkorreltjes in het cytoplasma. Wat dat betreft leek het wel op de filamenten die zwaveloxiderende bacteriën soms ook vormen, met het verschil dat deze draadjes slechts uit één cel leken te bestaan.”

Pas jaren later kwam er schot in het onderzoek toen een postdoc in het lab een genetische analyse deed. „Dat maakte in een keer en zonder twijfel duidelijk dat dit een bacterie was, die behoorde tot het geslacht Thiomargarita. Zo kwamen we op de naam Thiomargarita magnifica.”

Maatje groter

„Dit is een mooi verhaal”, reageert Gijs Kuenen, emeritus hoogleraar microbiologie aan de TU Delft. „De grootste bacterie is hiermee weer een maatje groter dan Thiomargarita namibiensis, de reuzenbacterie die dertig jaar geleden voor de kust van Namibië werd ontdekt.” Dat is een ronde bacterie die maximaal 0,75 millimeter groot wordt. Gerard Muijzer, hoogleraar microbiële systeemecologie aan de Universiteit van Amsterdam, spreekt van een „ongelooflijke ontdekking” voor zijn vakgebied. „Ook ik vertel mijn studenten nog in colleges dat bacteriën kleine en simpele wezens zijn, maar dit soort vondsten spreken dat meer en meer tegen.”

De ontdekking is zo spectaculair omdat Thiomargarita magnifica lijkt te spotten met alle beperkingen die normaal gelden voor bacteriën. Als eencelligen die afhankelijk zijn van chemische diffusie van zowel voedings- als afvalstoffen zijn ze gedwongen microscopisch klein te blijven. Bacteriën missen ook een celkern en intracellulair transport, hun dna drijft vrij rond in de cel en kan alleen lokaal zijn instructies geven.

De reuzenbacterie is erin geslaagd die beperkingen te overwinnen, beschreven de Franse en Amerikaanse onderzoekers tijdens een persconferentie eerder deze week. De cel heeft een grote centrale vacuole (vochtblaas) die de overige celinhoud tegen de buitenkant van de cel aan drukt. Daardoor is de diffusie van moleculen in en uit de cel geen probleem meer. Maar er is meer: in de cel ontdekte het team van Gros behalve grote zwavelkorrels ook kleine ronde structuren die zij „pepins” noemen (Frans voor „pitjes”). De pepins blijken kopieën van het bacteriële dna te bevatten als ook ribosomen, celonderdelen die nodig zijn om eiwitten te maken. Ze zitten door de hele cel heen en bevatten in totaal 40.000 kopieën van het genetisch materiaal van de cel. Zo slaagt T. magnifica erin gedistribueerd door de cel de benodigde eiwitten en enzymen te maken, en komt hij niet in problemen door zijn lengte.

Giftige verbindingen

De reuzenbacterie is een zogeheten zwavelbacterie: hij haalt zijn energie uit het oxideren van sulfiden in de bodem. Die zwavelverbindingen blijven achter na vertering van bladresten op de bodem van het permanent onder water staande mangrovebos. Voor de meeste andere organismen zijn dit giftige verbindingen, maar zwavelbacteriën kunnen er juist goed op groeien. „Dat deze zwavelbacteriën juist leven in deze extreme omgeving met een heel gekke gradiënt van zwavel en voedselrijk aan de ene kant en zuurstofrijk aan de andere kant is gunstig, want daardoor hebben ze weinig concurrentie van andere organismen”, zegt Kuenen. Zijn lengte brengt T. magnifica hierbij een bijzonder extra voordeel, denkt Kuenen: „Terwijl de bacterie aan het ene eind met zijn tenen in de sulfide zit, kan hij aan het andere uiteinde zuurstof snoepen.”

Je zou verwachten dat een eencellige van dit formaat heel kwetsbaar zou zijn, maar dat is niet het geval, zegt Gros. „Je kunt ze gewoon manipuleren met een pincet zonder ze te beschadigen. Ze zijn buitengewoon taai.”

De bacterie hecht zich op vaste ondergronden in de zwarte modder van het mangrovebos, vertelt Gros. „We vonden ze niet alleen op afgevallen bladeren van de rode mangrove, maar ook op glazen flessen en plastic zwerfafval.”

Op Guadeloupe troffen de onderzoekers ze op verschillende plekken in het mangrovebos aan, maar lang niet overal. Kennelijk stelt de bacterie vrij specifieke eisen aan zijn omgeving, concludeert Gros. „Er moet een niet al te sterke stroming staan en je hebt een zwarte zuurstofarme modderlaag nodig. Maar zelfs op plekken met ideale omstandigheden tref je ze niet altijd aan. En de afgelopen twee maanden heb ik nog gezocht op plekken waar we ze eerder zagen, maar ze niet meer aangetroffen. Ik weet niet waar ze zijn gebleven. Misschien is er een bepaalde seizoensinvloed, dat weet ik niet. Ik ben er vrij zeker van dat we ze ook elders zullen vinden.”

Muijzer heeft toevallig zelf net een onderzoek afgerond naar zwavelbacteriën in een mangrovebos op Bonaire. „Daar hebben we deze reuzebacterie niet gevonden”, zegt hij. „Maar nu dit bekend is, gaan we toch nog eens extra goed naar de moleculaire signalen in onze monsters kijken.”