Toto by měla být nejmenší bakterie na světě. Snadno projde filtrem s otvory 200 nm. Kredit: Berkeley Lab

O bakteriích víme že existují od doby, kdy jistý obchodník s látkami, jménem van Leeuwenhoek si sám před více než třemi stoletími sestrojil to, čemu dnes říkáme mikroskop. Kromě vláken svých hadříků se koukal i na krev a další věci, které mu přišly pod ruku. Popsal i to, čemu jsme bakterie začali říkat až po jeho smrti. Jistě netušil, že odhalil nejrozšířenější skupinu organismů na Zemi.

S tím, jak jsme drobnohledům přicházeli na chuť, zjišťovali jsme že život je menší a menší. Za hranici života se začala považovat hranice 200 nanometrů. Asi proto, že menší potvůrky světelné mikroskopy vidět nedovolovaly a pak také proto, že když badatelníci v lučbě živé své blívajzy filtrovali přes sítka s dírkami menšími než 200 nm, nic už jim pak v takovém vzorku nerostlo.
Norka Birgit Luef s americkými kolegy uveřejnila nyní hezké obrázky něčeho, co takovým sítem prošlo. Pořídili je elektronovou tomografií a vypadá to, realisticky, jako by ani nebyl snímek z elektronového mikroskopu. Autoři si myslí, že přišli na život tak malý, jak malý jen život může být.

Na skenu je vidět, že objevená nanobakterie má hustou vnitřní strukturu s kompaktnějšími útvary, patrně ribozomy. Úsečka na obrázku představuje 100 nanometrů. Kredit: Berkeley Lab.

Objem buňky, která je na obrázku vpravo, je 0,009 krychlových mikronů. Mikron je jedna je miliontina metru, takže to číslo na třetím místě za desetinou čárkou je pro nás normální smrtelníky rozměr nic neříkající. Představit si ho dovedeme až ve chvíli, když si objevený organismus připodobníme k běžné bakterii. Třeba té, která nám v tlustém střevě vyrábí větry a o níž jsme se učili všichni - Escherichia coli. Tak do té by se těch nově objevených vešlo 150.

Objev těchto organismů v podzemních vodách, by měl mít dopad i na populační počty. I tady si pro názornost vypomůžeme oslím můstkem. Podle amerického Úřadu sčítání lidí, nás právě před několika dny mělo být na Zemi 7,295 miliard. Většina (60 %) v Asii. Když si to zaokrouhlíme, dostaneme sedmičku a devět nul. U bakterií se výsledek sčítání uvádí pětkou a za ní třiceti nulami. Teď ale to s těmi nulami, postavenými na předpokladu, že tak malé bakterie neexistují, začalo být poněkud nahnuté.

Na obrázcích které vědci pořídili, se nám snaží namluvit, že to bylo živé. Prý na tom vidí spirálovitě sbalený materiál s vysokou hustotou. To by měla být DNA. Ribozomů prý tyto bakterie mají málo, zato z buněčné stěny do všech stran trčí plno tenkých výběžků (cilie) připomínajících chloupky. Těmi mají spolu buňky komunikovat aby si mohli vyměňovat živiny. V laboratoři se zatím nepodařilo je kultivovat. To ale nelze mít nikomu za zlé, neboť i u mnohem větších nicotností to bývá problém. K zajištění všech svých životních potřeb tito malí individualisté vyžadují kolektiv větších kolegyň. Vypadá to, že nicotných bakterií bude více, než jen jeden typ. Genetikům vychází, že sítem procházejí nejméně tři odlišné kmeny. Jinak o nich zatím nevíme prakticky nic a teprve až další výzkum by měl odhalit, jak to s nimi ve vodě a půdě chodí. Nejspíš prý budou i v potravinách. V odůvodnění nutnosti dalšího studia vědci nezapomněli ani na zaklínadlo, že by tím mohli přispět ke zjištění jejich vlivu na klima planety.

Birgit Luef, Norka s domovskou základnou na Norwegian University of Science and Technology v Trondheimu , toho času na University of California v Berkeley (USA). První autorka publikace popisujícího objev nanobakterií.

Za to, že se výzkumníkům podařilo malého tvora tak dokonale zobrazit, vděčí 2-D a 3-D kryogennímu transmisnímu mikroskopu. Taková mašinka nemusí mít vzorek vysušen ani ho není potřeba před focením pozlatit, jak se to se vzorky biologického materiálu pro klasické elektronové mikroskopy dělává. Toto zařízení dovoluje pracovat s hluboko rychle zmrazenými vzorky v nichž ani voda nestihne krystalizovat a získaný materiál nedegraduje. Vodnaté nanobakterie, které při nešetrném zacházení mají scvrkávání ve zvyku, je takový kryogenní mikroskop k nezaplacení. Umožní vidět organismus ve stavu a tvaru, jako když byl živý.

Při genetickém zkoumání malých forem života je zase nutné se nejprve zbavit těch větších. Jinak bychom při sekvencování dostávali nesmysly. V tomto případě ty tělnatější kolegyně odstranili „sítkem“. Zkoumaný materiál prohnali přes membrány, které měly stále menší a menší otvory až nakonec nepropustily nic většího, než co mělo průměr 0,2 mikronu (200 nm). Voda protlačená přes takové filtry se v praxi prodává jako sterilní. Jak se ale nyní ukazuje, tak je všechno, jen ne sterilní.

Nanoarchaeum equitans se svým hostitelem Ignicoccus (Kredit: Karl O. Stetter)

Genomy toho, co by mohly být ty nejmenší bakterie na Zemi, se pokusili výzkumníci přečíst. Ujala se toho laboratoř Joint Genome Institute v Kalifornii. Analýzu dat a porovnávání s jinými genomy provedli na Universitě v Berkeley. Výsledkem je závěr, že přes filtry neprochází jen jeden typ bakterie, ale že jde o celou škálu. Navíc nejde ani o příbuzné těch, kterým se říká Archea a u nichž podobně prťaví jedinci již byli popsáni.

Steve Giovannoni, objevitel Pelagibacteru. Pohledem na odkapávající kapku vody nám chce připomenout, že každá je domovem milionu organismů zvaných bakterie. (Foto: Lynn Ketchum, Oregon State University)

Genetici zavedli pro nově objevené organismy kmenové škatulky nazvané poeticky WWE3, OP11 a OD1. Z omezené genové výbavy vědci vyvozují, že asi dost základních funkcí ke zcela samostatnému životu bude jejich předpokládaným bakteriím chybět a tudíž že bez „své komunity“ mikrobů si asi radostí moc vyskakovat nebudou. Jak si zajišťují své přežití se teprve ukáže, o celé polovině genů, které v těchto pidi-organismech vědci nejspíš našli, zatím nevíme zhola nic. Objev je považován za nejmenší buňku, která by o sobě mohla ještě říkat, že je živá. Mohlo by to být hodně blízko nejmenšímu množství „materiálu“, které ještě provozuje to, čemu říkáme život. Do o mnoho menšího objemu, by se už vměstnat život neměl. V této formulaci, která se ve sdělovacích prostředcích zaznívá nejčastěji, je ale čertovo kopýtko. Na definici, co je to život, se jen tak všichni neshodnou. Například proto, že viry jsou ještě menší a mnozí je za živou hmotu považují.

Viry
Ano, jsou menší, než nově objevené organismy. Mezi ty nejmenší z virů patří pikornaviry o rozměrech pouhých 20 – 30 nm. I ty lze pozorovat pouze elektronovým mikroskopem. Vypadají jako krystaly. Stále více biologů viry ale považuje za pomezí mezi živými organismy a neživou přírodou. Jejich množení se totiž bez živé buňky neobejde. Potřebují k tomu znásilnit hostitelskou buňku, která jejich virovou genetickou informaci přijme za vlastní.

Pelagibacter. Základ slova pochází z řeckého pelagus (moře). I když o titul nejmenšího organismu přišel, přezdívku „vládce moří“ mu už nikdo nevezme. Jeho buňky početně tvoří 25 % veškerého mikrobiálního mořského planktonu. (Kredit: Pacific Northwest National Laboratory)

V případě objevených bakterií to je něco jiného. Buňky jsou schopné se množit samy, bez cizí pomoci. Přítomnost ostatních buněk také potřebují,ale k něčemu zcela jinému, než viry. Bez komunity nejsou schopny využít živiny z prostředí. S množením to tedy nemá nic společného. Dávat viry do jednoho koše s nanobakteriemi, není rozumné.

Nanobes
To jsou další malé potvůrky, které byly nedávno objeveny. Moc rádo se o nich nehovoří. Asi proto, že o jejich existenci je přesvědčeno stále méně vědců. Před časem to byl hit. S velkou pompou ho pustili do světa na University of Queensland. Nejmenší živou odhalenou formu nazvali nanobe (množné číslo v angličtině nanobes). Mělo jít o různě velké struktury (od 20 do 150 nanometrů). To by samozřejmě byl život menší než u všech bakterií, které kdy byly na Zemi nalezeny. Včetně těch nyní objevených. Kolonie tohoto organismu našli v západní Austrálii v tom, co vyvrtali naftaři, když hledali ropu. Vzorky s podivným tvorem pocházely z usazenin písku v hloubce 3 – 5 km. Podezřelé na tomto měňavkovitém útvaru vystrkujícím panožky je, že nemá žádnou buněčnou membránu. To, že by se i tak mohlo jednat o život podporoval výsledek testů, při nichž po přidání barvičky vázající se na DNA přítomnost této nositelky života potvrzovalo. Podle australského týmu jde o biologický materiál, který kriteria kladené na život splňuje. Pokud by to bylo pravda, mohly by kořeny tohoto života sahat až do „období Jury“, kdy zmíněné sedimenty v kterých nález učinili, vznikaly. Další zprávy týkající se tohoto objevu jsou poslední dobou víc než sporadické. A to je na tom všem také zarážející, protože jen těžko nějaký výzkumný tým by takovou „věc“ nechal ležet ladem. Většina mineralogů se začíná klonit k názoru, že v Austrálii pozorovali spíš útvary vznikající procesem podobným krystalizaci minerálů, než aby šlo o nějakou živou formu.

Nejmenší živý organismus
Všechno, co jsme považovali za samostatně živé, bylo zatím vždy větší, než 200 nanometrů. Jednu chvíli to vypadalo, že mýtickou hranici prolomily nanobakterie. Jejich sláva pohasla, když se ukázalo, že se finský mikrobiolog Olavi Kajander spletl a že to co pozoroval, byly jen vápenaté kuličky zcela bez života. Nyní Norská mikrobioložka společně s americkými kolegy tak titěrné bakterie přece jen objevila. Do těch běžných by se jich vešly stovky a na špičce vlasu by se jich mohlo tetelit sto padesát tisíc. A prý je pijeme i ve vodě, která měla být sterilní...

Mycoplasma genitalium je také extra nicotným organismem. Nemá už ani svou vlastní buněčnou stěnu. Neobejde se proto bez vláskových buněk krycí tkáně urogenitálního traktu. Důvěrně se s jejím svěděním, pálením či výtokem, seznámí 75 % z nás. Někteří z nás si s jejich pomocí vykoledujeme i zánět kloubů (artritidu). (Kredit: Sebastian R. Schmidl, PloS ONE, 2011)

Pelagibacter sesazen
Pomineme-li viry a sporný nález z Austrálie, potom z hlediska velikosti nový objev svou malostí překonal dosavadního držitele titěrnosti Pelagibactera. Ten má sice průměr těla 120 – 200 nanometrů, ale má smůlu v tom, že je tyčinkou a poměrně dlouhou (370 – 890 nm). A tak jeho protáhlost je tím, co ho z trůnu sesadila. Novými jedničkami v nicotnosti se mohou chlubit nově objevené bakterie.

Čím je organismus menší, tím je méně samostatný a každé takové „nej“ je zatíženo nějakým hendikepem. Nesmyslnost toho, čeho jsme právě svědky - třídit organismy podle velikosti, asi nejlépe vystihuje naše moravské: „Prázdný sud nejvíc duní“. Velikost toho o organismu toho moc nevypovídá. Nebere v úvahu třeba to, že může být velký jen proto, že je hodně „vodnatý“, ani to, že zrovna v místech hojnosti přežral. To už je lepším kritériem velikost genomu. Ustál by Pelagibacter útok na své „nej“ i v této hozené rukavici?

Genom mycoplasmy má prvenství v tom, že jej vědci transplantovali do kvasinky, změnili jej a vrátili zpět do příbuzné bakterie. Syntetická DNA okamžitě převzala kontrolu a celou buňku „přeprogramovala“. Buňky se začaly množit a vytvořily miliardy svých kopií, které rovněž nesou umělý genom. (Kredit: J. Craig Venter Institute)

Z nedávné studie víme, že genom Pelagibactera tvoří 1 308 759 párů bází. U nových bakterií, které prochází 200 nm sítem se za pomoci toho, čemu se říká matagenomika, vědci dobrali velikosti genomu okolo jednoho milionu párů bází. To znamená, že by jim titul nejmenšího organismu náležel i při změně pravidel na velikost genomu. Nad dosavadním vládcem moří vítězí nanobakterie o celou třetinu délky.

Zvětšit obrázek

Philippa Uwins je dcerou britského kapitána, narozená v Jemenu, geologii vystudovala ve Skotsku, na novou formu života nazvaného nanobe její tým narazil v Austrálii. Mělo by jít o vlákna, která jsou na průřezu až desetkrát menší, než nejmenší známé bakterie. Získat souhlas k použití obrázků této formy života se nám nepodařilo, ale k vidění jsou na stránce: . http://www.microscopy-uk.org.uk/index.html?

Spokojí se s takovým závěrem všichni?
Ne. Námitkou bude, že už byly popsány i menší genomy. Například Mycoplasma genitalium. Tento prevít už potrápil, nebo teprve potrápí, genitálie tří čtvrtin z nás. Některým i dýchací cesty. Většina biologů by i přes tak velkou popularitu mykoplazmy, ji v soutěži o „nejmenší z nejmenších“, neviděla ráda. Možná tak trochu proto, že o pohlavních nemocech se ve slušné společnosti nemluví, ale hlavně, že to je parazit a ten bez nás hostitelů přežívat nedovede. Jistou logiku to má, protože jinak bychom do hry museli přibrat i mitochondrie. Ty také útočí na hranici 200 nm a v buňce jich je někdy i sto tisíc. Nejsou samostatně žijícími bakteriemi, ale kdysi byly. Protože je máme v buňkách všichni, z turnaje je musíme také vyškrtnout, jinak by soutěž ztratila smysl.

Kdybychom chtěli být důslední, tak i to kriterium délky genomu je konec konců nesmyslem. Proč? Jednoduše proto, že v genomu může být spousta balastu. Proto se někteří badatelé snaží vyřešit to tím, že hovoří o nejmenší genové sestavě, která by byla ještě schopna vykonávat všechny základní životní funkce. Jen tím ale zadělali na další hádky. Co jsou to základní životní funkce?

Jak už Kazatel řekl:
Marnost nad marnost, všechno je marnost! Čím více se ponořujeme do mikro a nanosvěta, tím více se biologie začíná podobat fyzice. Začne vystupovat absurdnost všech našich snah život škatulkovat. Tak jako fyzikové mají problém s definicí hmoty, biologové zápasí s pojmem život. Jakmile na něj změníme kritéria, udělá nám to binec v šuplících, které jsme si pracně vymezili pomocí rozměrů, objemů, délkou genomu, počtem genů,... I žebříček našich „nej“ se hroutí, jak domeček z karet.

Mitochondrie dnes považujeme za organely. Rozměrově by byly nově objeveným nanobakteriím důstojnými protivníky. V těžce pracujících buňkách jich míváme až sto tisíc. Než jsme si je ochočili, tak to před dvěma miliardami let, byly bakteriemi, příbuznými dnešních Rickettsií. (Kredit: Louisa Howard, Wikipedia)

Takhle bychom se ničeho nedobrali, je třeba postavit se problému čelem a zformulovat závěr úderně. Co třeba si vy půjčit ze zahraničního tisku: „Uznávaný standard mikrobiologů je mrtev“! To nezní špatně. Tím standardem se myslí oněch 200 nanometrů okolo kterých se i zde stále motáme. Standard se tomu kdysi dávno možná říkalo, asi proto, že menší objekty ve světelném mikroskopu nešlo spatřit. V době elektronových mikroskopů takové přirovnání poněkud vyčpělo. Slovo standard není to pravé ani když začneme argumentovat velikost děr na těch filtrech používaných k odstraňování bakterií z roztoků. U těch rozměr vyplynul z toho, že v roztoku přefiltrovaném přes takové sítko nic neroste. Teď se sice ukázalo, že jimi živé organismy projdou, ale nic moc se na výsledku stejně nemění. Nanobakterie jsou podle všeho takoví mrzáčci, že na druhé straně té membrány bez svých kojných kolegyň život stejně neustojí. Prohlašovat to za pád standardu? Možná ano, ale před časem, když se zjistilo, že když se necítíme zrovna nejlíp, vykašláváme beztvará mykoplazmata a ta takovým filtrem projdou. Ale to už je dávno a tak bude lepší, když se na slovíčko standard vykašleme.

Nejlepší bude prosté konstatování, že těch malých breberek nacházíme čím dál tím více. Že žijí prakticky všude. V mořských hydrotermálních průduchách k nim patří třeba Archea rodu Ignicoccus, který má buňky o průměru okolo 2000 nm a že tvoří dvojku s ještě menšími buňkami Nanoarchaeum equitans a že ty mají v průměru pouhých 400 nm. Genom také mají poměrně malý, tvoří ho 490885 nukleotidů. Bez svých větších přítelkyň se těm menším daří nedobře, neumí totiž syntetizovat lipidy.

Candidatus Carsonella ruddii je podobný prcek s genomem z jednoho kruhového chromosomu o 159 662 párech bází. Nanoarchaeum equitans má genom jen o něco málo větší (490 885 nucleotidů), velikostně je ale také tintítko. K těm, kterým někteří říkají ultramikrobakterie patří i Sphingomonas RB2256. Projdou filtrem s otvory 220 nm, ale jen když jsou nějaký čas na dietě.
Bylo by od nás netaktní nezmínit rostliny. Asi nepřekvapí, že jejich hitparádě vévodí řasy. Momentálně drží zelené žezlo Ostreococcus se svými 800 nanometry.

Závěr
1. Velikost mnohem častěji vypovídá o ničem, než o něčem.
2. Délka genomu je číslo pro filatelisty. Se schopnostmi organismu nijak nesouvisí.
3. Na standardy život nehraje.
4. V Guinessově knize rekordů je Pelagibacter neoprávněně.

Literatura

Diverse uncultivated ultra-small bacterial cells in groundwater. Birgit Luef et. al., Nature CommunicationsVolume:6, 27 February 2015. doi:10.1038/ncomms7372