Біологи з Каліфорнійського технологічного інституту з’ясували, яких мінімальних і максимальних розмірів можуть досягати бактерії. Верхню межу вчені назвали рибосомною катастрофою, оскільки занадто великі клітини потребують неймовірної кількості РНК і рибосом, проте деякі бактерії змогли його подолати. Результати дослідження опубліковані в The ISME Journal.
Розмір різних бактерій може змінюватись в межах декількох порядків, від 0,1 мікрометрів у Mycoplasma mycoides, що можна порівняти з деякими великими вірусами, до 750 мікрометрів у Thiomargarita namibiensis. Об’єм бактерії зростає пропорційно кубу її лінійних розмірів, а це означає більш активний обмін речовин, що дає великим мікробам перевагу в швидкості росту і розмноження. Проте існують межі розмірів, подолати які бактеріальні клітини не змогли.
Вчені створили комп’ютерну модель, яка допомагає спрогнозувати, як змінюється метаболізм і склад клітини зі збільшенням її розмірів. Для цього біологи оцінили, скільки внутрішньоклітинного простору потрібна для функціонування всіх важливих компонентів: ДНК, РНК, білків та рибосом. За підрахунками дослідників бактерія з об’ємом клітини менше 10-21 мікрометрів в кубі не зможе існувати, оскільки в ній не помістяться такі біополімери, як ДНК і білки. Мінімальний розмір також обмежують клітинні оболонки.
Теоретичний об’єм лише на три порядки відрізняється від розмірів найменших з відомих бактерій. Що стосується максимальної межі, то чим більша бактерія, тим більше для неї потрібно клітинних компонентів, які необхідні для процесів транскрипції генів і синтезу білка, а також підтримки швидкого зростання і ділення. Зрештою, це призводить до так званої рибосомної катастрофи, коли кінцеві розміри клітини вимагають нескінченних кількостей рибосом, транспортної РНК та інформаційної РНК. За оцінками вчених, це відбувається при об’ємі 10-15 мікрометрів в кубі.
Цікаво, що Thiomargarita namibiensis набагато перевищує цю верхню межу. Навіть якщо видалити з неї досить велику вакуолю, її розмір все одно буде більшим від меж рибосомної катастрофи на порядок. Вчені вважають, що цьому сприяють умови середовища, які сприяють повільному розвитку і росту бактерій.