Mikrobni ekosistem koji se gnezdi u vašim ustima daje naučnicima retko sredstvo da saznaju kako se bakterije razmnožavaju.
Jedna od najčešćih bakterija koje žive u vašem zubnom plaku, filamentozna bakterija koja se zove Corinebacterium matruchotii, ne deli se na dve ćerke ćelije kao većina ćelijskih deoba, već na više novih mikroba u ređem procesu koji se naziva višestruka fisija.
Predvođen mikrobiologom Skotom Čimileskim iz Morske biološke laboratorije u SAD, tim naučnika je primetio pojedinačne ćelije C. matruchotii koje se dele na do 14 novih ćelija – podvig koji nam može reći kako ovi organizmi formiraju skele koje podržavaju domaćine drugi mikrobi koji žive u vašim ustima.
„Grebeni imaju korale, šume imaju drveće, a zubni plak u našim ustima ima Corinebacterium“, objašnjava mikrobiolog Džesika Mark Velč sa ADA Forsajt instituta i Morske biološke laboratorije.
„Ćelije Corinebacterium u zubnom plaku su kao veliko, žbunasto drvo u šumi; one stvaraju prostornu strukturu koja obezbeđuje stanište za mnoge druge vrste bakterija oko njih.“
Većina bakterija i arheja se razmnožava putem aseksualnog procesa koji se naziva binarna fisija. Jezgro jedne ćelije koja čini organizam deli se na dva jezgra; onda se sama ćelija deli, što rezultira dva organizma tamo gde je bio jedan.
Velč i njene kolege zainteresovale su se za način na koji se C. matruchotii razmnožava nakon sprovođenja prethodne studije o načinu na koji se kolonije bakterija plaka prostorno organizuju u biofilmu koji oblaže ljudske zube. Mikrobiom plaka formira neku vrstu šiljaste strukture „jež“, sa filamentima C. matruchotii kao osnovom.
Da bi posmatrali kako ove strukture dodaju nove filamente, istraživači su koristili mikroskopiju sa vremenskim odmakom, posmatrajući u realnom vremenu kako bakterije unutar mikrobioma međusobno komuniciraju, koegzistiraju, razmnožavaju se i rastu.
Ovde su videli da neobična podela ćelija C. matruchotii nije bila normalna binarna vrsta, već je bila mnogo plodnija. I to čini na veoma čudan način.
Prvo, filament se izdužuje na samo jednom kraju, raste mnogo duže od uobičajene veličine ćelije. To radi pet puta brže od drugih, blisko povezanih vrsta Corinebacterium koje žive u nosu ili na koži.
Zatim se istovremeno formira veći broj pregradnih zidova, pre nego što se ćelija raspadne na između 3 i 14 celih ćelija kćeri.
Zahvaljujući ovom čudnom procesu, kolonija C. matruchotii zaista može da raste veoma brzo, do pola milimetra dnevno – što bi moglo pomoći da se objasni zašto plak počinje da se vraća na vaše zube u roku od nekoliko sati, bez obzira koliko naporno ih čistite.
„Ovi biofilmovi su poput mikroskopskih prašuma. Bakterije u ovim biofilmima interaguju dok rastu i dele se. Mislimo da neobičan ćelijski ciklus C. matruchotii omogućava ovoj vrsti da formira ove veoma guste mreže u jezgru biofilma“, kaže Chimileski.
„Nešto u vezi sa ovim veoma gustim, konkurentnim staništem zubnog plaka možda je pokrenulo evoluciju ovog načina rasta.“
Još jedna interesantna stvar u vezi sa C. matruchotii koja bi mogla da podstakne njegov čudan rast i deobu je da joj nedostaje bičak; dodatak nalik biču koji druge bakterije koriste za kretanje. Budući da je fiksiran na mestu, njegov brzi rast bi mogao biti sredstvo za istraživanje okoline i traženje izvora hrane, kažu istraživači.
Može biti kako mikrob dobija konkurentsku prednost u okruženju ljudskih usta prepunoj bakterijama. Ali nikada nismo videli ništa slično tome. To je potpuno nov način za bakterije da napreduju – i bio je upravo ovde, sve vreme, u našim telima.
„Predlažemo da brz rast proširenjem vrha i istovremene višestruke podele objasne kako C. matruchotii nadmašuje druge taksone da formiraju filamentne mreže u jezgru biofilma zubnog plaka“, pišu istraživači u svom radu.
„Naši nalazi se protežu izvan oralnog mikrobioma, otkrivajući jedinstveni bakterijski ćelijski ciklus i primer kako morfologija ćelije i reproduktivna strategija mogu uticati na prostornu organizaciju mikrobnih zajednica.“
