Мікробна екосистема, що живе у вашому роті, дає вченим рідкісний інструмент, щоб дізнатися, як бактерії розмножуються. Одна з найпоширеніших бактерій, що живуть у вашому зубному нальоті, ниткоподібна бактерія під назвою Corynebacterium matruchotii, ділиться не на дві дочірні клітини, як більшість клітинних поділів, а на кілька нових мікробів у більш рідкісному процесі, який називається множинним поділом.
На чолі з мікробіологом Скоттом Чімілескі з Морської біологічної лабораторії в США команда вчених спостерігала, як окремі клітини C. matruchotii діляться на 14 нових клітин. Цей подвиг може розповісти нам, як ці організми утворюють каркас, який підтримує господарів інші мікроби, які живуть у вашому роті.
«У рифах є корали, у лісах — дерева, а на зубному нальоті в роті — коринебактерії », — пояснює мікробіолог Джессіка Марк Велч з Інституту Форсайта США та Морської біологічної лабораторії.
« Клітини Corynebacterium у зубному нальоті схожі на велике густе дерево в лісі; вони створюють просторову структуру, яка забезпечує середовище існування для багатьох інших видів бактерій навколо них».
Більшість бактерій і архей розмножуються за допомогою нестатевого процесу, який називається бінарним поділом. Ядро єдиної клітини, яка становить організм, розпадається на два ядра; потім сама клітина ділиться, в результаті чого там, де був один, утворюються два організми.
Уелч та її колеги зацікавилися способом розмноження C. matruchotii після проведення попереднього дослідження того, як колонії бактерій зубного нальоту організовуються просторово в біоплівці, що покриває людські зуби. Мікробіом бляшок утворює щось на зразок гострої структури «їжака» з нитками C. matruchotii в якості основи.
Щоб спостерігати, як ці структури додають нові нитки, дослідники використовували сповільнену мікроскопію, спостерігаючи в режимі реального часу, як бактерії в мікробіомі взаємодіють одна з одною, співіснують, розмножуються та ростуть.
Саме тут вони побачили, що незвичайний поділ клітин C. matruchotii був не звичайним подвійним типом, а набагато більш плідним. І робить це дуже дивним чином.
По-перше, нитка подовжується лише на одному кінці, виростаючи набагато довше звичайного розміру клітини. Він робить це в п’ять разів швидше, ніж інші, близькоспоріднені види коринебактерій, які живуть у носі або на шкірі. Потім одночасно утворюється кілька розділових стінок, які називаються перегородками, перш ніж клітина розпадеться на 3-14 повних дочірніх клітин.
Завдяки цьому дивному процесу колонія C. matruchotii може зростати дуже швидко, до пів міліметра на день, що може допомогти пояснити, чому зубний наліт починає повертатися на ваші зуби протягом кількох годин, незалежно від того, наскільки старанно ви їх чистите.
«Ці біоплівки схожі на мікроскопічні тропічні ліси. Бактерії в цих біоплівках взаємодіють, коли вони ростуть і діляться. Ми вважаємо, що незвичайний клітинний цикл C. matruchotii дозволяє цьому виду утворювати ці дуже щільні мережі в основі біоплівки», — каже Чімілескі.
«Щось у цьому дуже щільному, конкурентному середовищі існування зубного нальоту, можливо, стало причиною еволюції цього способу вирощування».
Ще одна цікава річ про C. matruchotii, яка може спонукати її дивний ріст і поділ, полягає в тому, що у неї відсутній джгутик; схожий на батіг відросток, який використовують інші бактерії для пересування. Оскільки він закріплений на місці, його швидке зростання може бути засобом дослідження навколишнього середовища та пошуку джерел їжі, кажуть дослідники.
Це може бути те, як мікроб отримує конкурентну перевагу в переповненому бактеріями середовищі людського рота. Але ми ніколи не бачили нічого подібного. Це абсолютно новий спосіб розмноження бактерій – і він весь час був тут, у наших власних тілах.
«Ми припускаємо, що швидке зростання шляхом розширення кінчика й одночасного багаторазового поділу пояснює, як C. matruchotii випереджає інші таксони, щоб утворити ниткоподібні мережі в центрі біоплівки зубного нальоту», — пишуть дослідники у своїй статті.
«Наші висновки виходять за межі мікробіому порожнини рота, відкриваючи унікальний бактеріальний клітинний цикл і приклад того, як клітинна морфологія та репродуктивна стратегія можуть впливати на просторову організацію мікробних спільнот».