Бактерии во рту размножаются совершенно уникальным способом
Одна из самых разнообразных экосистем на планете может находиться ближе, чем вы думаете, - прямо у вас во рту. В этой оживленной среде обитает более 500 видов бактерий, которые образуют структурированные сообщества, известные как биопленки.
Почти все эти бактерии размножаются путем бинарного деления, когда одна материнская клетка делится на две дочерние.
Однако новое исследование Морской биологической лаборатории (MBL) и ADA Forsyth выявило необычный способ деления клеток у Corynebacterium matruchotii, распространенной бактерии, обнаруженной в зубном налете.
Размножающиеся бактерии полости рта
В отличие от обычных бактерий, C. matruchotii подвергается множественному делению - редкому процессу, при котором одна клетка делится на несколько клеток одновременно. Исследование, опубликованное в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, раскрывает этот уникальный механизм деления.
Команда исследователей обнаружила, что C. matruchotii может производить до 14 новых клеток одновременно, в зависимости от размера исходной клетки. Примечательно, что эти бактерии расширяют рост только с одного конца нити - этот процесс известен как «расширение кончика».
Микробное сообщество зубного налета
В биопленке зубного налета C. matruchotii выступает в качестве структурного каркаса. Зубной налет - это лишь одно из многих микробных сообществ, входящих в состав микробиома человека - сложной среды микроорганизмов, гармонично живущих в здоровом организме.
Исследование дает представление о том, как эти бактерии размножаются, конкурируют за ресурсы и поддерживают структурную целостность зубного налета.
«Подобно тому, как кораллы образуют рифы, а деревья - леса, Corynebacterium в зубном налете образуют плотную, кустистую структуру, которая поддерживает множество других видов бактерий», - объясняет Джессика Марк Уэлч, старший научный сотрудник ADA Forsyth и адъюнкт-ученый MBL.
«Эти биопленки похожи на миниатюрные тропические леса. Бактерии динамично взаимодействуют друг с другом по мере своего роста и деления. Мы считаем, что уникальный клеточный цикл C. matruchotii помогает им создавать плотные сети в сердцевине биопленки», - добавил ведущий автор Скотт Чимилески, научный сотрудник MBL.
Стратегия роста ротовой бактерии
Исследование опирается на научную работу 2016 года, в которой использовался метод визуализации, известный как CLASI-FISH (комбинаторное маркирование и спектральная визуализация флуоресцентной гибридизации in situ), для визуализации пространственной организации зубного налета.
Предыдущее исследование показало, что нитевидные клетки C. matruchotii составляют основу структур, напоминающих «ежиков» в зубном налете.
Нынешнее исследование глубже изучает биологию C. matruchotii, используя микроскопию с временной задержкой для наблюдения за тем, как растут эти нитевидные клетки.
Вместо статичного изображения этой микробной среды ученые зафиксировали в реальном времени динамику роста бактерий, их взаимодействие и удивительную стратегию роста C. matruchotii.
Фундаментальная биология бактерий ротовой полости
«Чтобы понять, как различные бактерии взаимодействуют в биопленке зубного налета, нам необходимо понять фундаментальную биологию этих микроорганизмов, обитающих исключительно в полости рта человека, - говорит Уэлч.
Несмотря на регулярную чистку зубов, зубной налет появляется снова, поэтому ученые подсчитали, что колонии C. matruchotii могут вырастать на полмиллиметра в день.
Хотя другие виды Corynebacterium встречаются в различных частях человеческого тела, таких как кожа и носовая полость, эти виды не демонстрируют такого же удлинения или множественного деления.
«Эта уникальная стратегия роста могла развиться из-за конкурентной природы среды зубного налета», - предположил Чимилески.
Более широкие последствия исследования
У C. matruchotii отсутствуют жгутики, что означает, что он не может активно двигаться. Исследователи предполагают, что его характерные стратегии удлинения и деления клеток могут служить средством изучения окружающей среды, подобно тому, как действуют грибковые мицелии или обитающие в почве бактерии Streptomyces.
«Если эти клетки могут двигаться к питательным веществам или взаимодействовать с другими видами, формируя полезные отношения, это может помочь нам понять, как развивается пространственная организация биопленок зубного налета», - сказал Чимилески.
Соавтор исследования Гэри Бориси, главный исследователь ADA Forsyth и бывший директор MBL, отметил, что замечательно, что в наших ртах обитает микроб с такой уникальной репродуктивной стратегией. «Следующий шаг - изучить, как эта стратегия влияет на здоровье полости рта и общее состояние здоровья».
