Ilmuwan menemukan bakteri terbesar yang pernah ada

Para ilmuwan di hutan bakau di Karibia telah menemukan jenis bakteri yang tumbuh dengan ukuran dan bentuk bulu mata manusia.

Sel-sel ini adalah bakteri terbesar yang pernah diamati, ribuan kali lebih besar dari bakteri yang dikenal seperti Escherichia coli. “Ini akan seperti bertemu manusia lain seukuran Gunung Everest,” kata Jean-Marie Foland, ahli mikrobiologi di Genomic Joint Institute di Berkeley, California.

dr.. Voland dan rekan-rekannya diterbitkan Studi mereka tentang bakteri yang disebut Thiomargarita magnifica diterbitkan Kamis di jurnal Science.

Para ilmuwan pernah percaya bahwa bakteri terlalu sederhana untuk menghasilkan sel besar. Tapi Thiomargarita magnifica ternyata sangat kompleks. Karena sebagian besar dunia bakteri belum dieksplorasi, sangat mungkin bahwa bakteri yang lebih besar dan lebih kompleks sedang menunggu untuk ditemukan.

Sudah sekitar 350 tahun sejak penggiling lensa asal Belanda, Anthony van Leeuwenhoek menemukan bakteri itu dengan menggores giginya. Ketika dia meletakkan plak gigi di bawah mikroskop primitif, dia terkejut melihat organisme bersel tunggal berenang di sekitarnya. Selama tiga abad berikutnya, para ilmuwan menemukan banyak jenis bakteri lain, yang semuanya tidak terlihat dengan mata telanjang. Sel Escherichia coli, misalnya, berukuran sekitar mikronatau kurang dari sepuluh seperseribu inci.

Setiap sel bakteri adalah organismenya sendiri, yang berarti dapat tumbuh dan membelah menjadi sepasang bakteri baru. Tapi sel bakteri sering hidup bersama. Gigi Van Leeuwenhoek dilapisi dengan lapisan seperti jeli yang mengandung miliaran bakteri. Di danau dan sungai, beberapa sel bakteri saling menempel menjadi sangat kecil string.

Kita manusia adalah makhluk multiseluler, tubuh kita terdiri dari sekitar 30 triliun sel. Sementara sel-sel kita tidak terlihat dengan mata telanjang, mereka biasanya jauh lebih besar daripada yang ditemukan pada bakteri. Sel telur manusia dapat mencapai 120 mikron dengan diameter, atau lima perseribu inci.

Sel spesies lain dapat tumbuh lebih besar: ganggang hijau Caulerpa taxifolia menghasilkan sel berbentuk bilah yang dapat tumbuh menjadi panjang kaki.

Ketika jurang antara sel kecil dan besar muncul, para ilmuwan melihat ke evolusi untuk memahaminya. Semua hewan, tumbuhan, dan jamur termasuk dalam garis keturunan evolusi yang sama, yang disebut eukariota. Eukariota berbagi banyak adaptasi yang membantu mereka membangun sel besar. Para ilmuwan menyimpulkan bahwa tanpa adaptasi ini, sel bakteri harus tetap kecil.

Untuk memulai, sarang besar membutuhkan dukungan fisik agar tidak runtuh atau pecah. Sel eukariotik mengandung kawat molekul kaku yang bertindak seperti kutub dalam tenda. Namun, bakteri tidak memiliki sitoskeleton ini.

Sel besar juga menghadapi tantangan kimia: Semakin besar, molekul membutuhkan waktu lebih lama untuk bergerak dan bertemu pasangan yang tepat untuk melakukan reaksi kimia yang rumit.

Eukariota telah mengembangkan solusi untuk masalah ini dengan mengisi sel dengan fragmen kecil di mana bentuk biokimia yang berbeda dapat terjadi. Mereka menyimpan DNA yang terbungkus dalam kantung yang disebut nukleus, bersama dengan molekul yang dapat membaca gen untuk membuat protein, atau protein menghasilkan salinan DNA baru ketika sel bereproduksi. Setiap sel menghasilkan bahan bakar di dalam kantung yang disebut mitokondria.

Bakteri tidak memiliki bagian yang ditemukan pada sel eukariotik. Tanpa nukleus, setiap bakteri biasanya membawa cincin DNA yang mengapung bebas di sekitar bagian dalamnya. Mereka juga tidak memiliki mitokondria. Sebaliknya, mereka biasanya menghasilkan bahan bakar dengan partikel yang tertanam di membran mereka. Pengaturan ini bekerja dengan baik dengan sel-sel kecil. Tetapi dengan bertambahnya ukuran sel, tidak ada cukup ruang pada permukaan sel untuk molekul penghasil bahan bakar.

Kesederhanaan bakteri tampaknya menjelaskan mengapa mereka begitu kecil: mereka tidak memiliki kompleksitas dasar untuk menjadi lebih besar.

Namun, kesimpulan itu dicapai dengan tergesa-gesa, menurut Shalish Dett, pendiri Laboratory for Research in Complex Systems di Menlo Park, California, dan rekan penulis Dr. Volland. Para ilmuwan telah membuat generalisasi menyeluruh tentang bakteri setelah mempelajari sebagian kecil dari dunia bakteri.

“Kami baru saja menggores permukaannya,” katanya, “tetapi kami sangat dogmatis.”

Ortodoksi itu mulai retak pada 1990-an. Ahli mikrobiologi telah menemukan bahwa beberapa bakteri telah mengembangkan kompartemen mereka sendiri secara independen. Mereka juga menemukan spesies yang terlihat dengan mata telanjang. Epulopiscium fishelsonimisalnya, muncul pada tahun 1993. Ketika hidup di dalam ikan ahli bedah, bakteri tumbuh sepanjang 600 mikron – lebih besar dari sebutir garam.

Thiomargarita magnifica ditemukan oleh Olivier Gros, seorang ahli biologi di University of the Antilles pada tahun 2009 saat melakukan survei hutan bakau di Guadeloupe, sekelompok pulau Karibia yang merupakan bagian dari Prancis. Mikroba itu tampak seperti potongan kecil spageti putih, membentuk lapisan pada dedaunan mati yang mengapung di air.

Pada awalnya, Dr. Gross tidak tahu apa yang dia temukan. Spaghetti diperkirakan merupakan jamur, spons kecil, atau eukariota lainnya. Tetapi ketika dia dan rekan-rekannya mengekstrak DNA dari sampel di laboratorium, mereka menemukan itu adalah bakteri.

Dr Gross telah bergabung dengan Dr Voland dan ilmuwan lain untuk meneliti lebih dekat makhluk asing. Mereka bertanya-tanya apakah bakteri itu adalah sel mikroskopis yang disatukan dalam rantai.

Ternyata tidak demikian. Ketika para peneliti mengintip ke dalam pasta bakteri menggunakan mikroskop elektron, mereka menyadari bahwa masing-masing adalah sel raksasanya sendiri. Sel rata-rata memiliki panjang sekitar 9.000 mikron, dan yang terbesar adalah 20.000 mikron – cukup panjang untuk diameter satu sen.

Studi Thiomargarita magnifica berjalan lambat karena Dr. Valante dan rekan-rekannya belum menemukan cara untuk menumbuhkan bakteri di lab mereka. Saat ini, Dr. Gross harus mengumpulkan pasokan bakteri segar setiap kali tim ingin menjalankan eksperimen baru. Ia dapat menemukannya tidak hanya pada daun, tetapi pada cangkang tiram dan botol plastik yang ditemukan pada sedimen kaya belerang di hutan bakau. Tetapi bakteri tampaknya mengikuti siklus hidup yang tidak terduga.

“Dalam dua bulan terakhir, saya belum menemukannya,” kata Dr. Gross. “Aku tidak tahu di mana mereka berada.”

Di dalam sel Thiomagarita magnifica, para peneliti telah menemukan struktur yang aneh dan kompleks. Membran mereka memiliki berbagai jenis kompartemen yang dibangun di dalamnya. Kompartemen ini berbeda dari yang ada di sel kita, tetapi kompartemen ini memungkinkan Thiomargarita magnifica tumbuh hingga ukuran besar.

Beberapa ruang tampaknya menjadi pabrik bahan bakar, di mana mikroba dapat memanfaatkan energi dalam nitrat dan bahan kimia lain yang dikonsumsinya di hutan bakau.

Thiomargarita magnifica juga berisi kompartemen lain yang terlihat sangat mirip dengan inti manusia. Setiap kompartemen, yang oleh para ilmuwan dinamai pepin setelah biji kecil dalam buah seperti kiwi, mengandung cincin DNA. Sementara sel bakteri yang khas hanya berisi satu loop DNA, Thiomargarita magnifica memiliki ratusan ribu DNA, masing-masing terselip di dalam pipetnya sendiri.

Dan yang terpenting, setiap Pepin mengandung pabrik untuk membangun protein dari DNA-nya. “Mereka pada dasarnya memiliki sel-sel kecil di dalam sel,” kata Petra Levine, ahli mikrobiologi di Universitas Washington di St. Louis, yang tidak terlibat dalam penelitian ini.

Pasokan besar DNA Thiomargarita magnifica memungkinkannya membuat protein tambahan yang dibutuhkannya. Setiap Pepin dapat membuat satu set protein khusus yang dibutuhkan di wilayah bakterinya sendiri.

Dr. Voland dan rekan-rekannya berharap setelah mereka mulai membiakkan bakteri, mereka akan dapat mengkonfirmasi hipotesis ini. Mereka juga akan membahas misteri lain, seperti bagaimana bakteri bisa begitu tangguh tanpa kerangka molekuler.

“Anda dapat mengambil satu helai air dengan pinset dan memasukkannya ke dalam mangkuk lain,” kata Dr. Foland. “Bagaimana itu bersatu dan bagaimana bentuknya – ini adalah pertanyaan yang belum kami jawab.”

Dr. Deet mengatakan mungkin ada lebih banyak bakteri raksasa yang menunggu untuk ditemukan, bahkan mungkin lebih besar dari Thiomargarita magnifica.

“Berapa banyak yang bisa mereka capai, kami tidak begitu tahu,” katanya. “Tapi sekarang, bakteri ini telah menunjukkan jalannya kepada kita.”