Микробная экосистема, живущая в вашем рту, дает ученым редкий инструмент, чтобы узнать, как размножаются бактерии. Одна из самых распространенных бактерий, обитающих в вашем зубном налете, нитевидная бактерия под названием Corynebacterium matruchotii, делится не на две дочерние клетки, как большинство клеточных делений, а на несколько новых микробов в более редком процессе, называемом множественным делением.
Во главе с микробиологом Скоттом Чимилэски из Морской биологической лаборатории в США команда ученых наблюдала, как отдельные клетки C. matruchotii делятся на 14 новых клеток. Этот подвиг может рассказать нам, как эти организмы образуют каркас, поддерживающий хозяев других микробов, живущих во вашем рту.
«В рифах есть кораллы, в лесах – деревья, а на зубном налете во рту – коринебактерии », – объясняет микробиолог Джессика Марк Уэлч из Института Форсайта США и Морской биологической лаборатории.
« Клетки Коринебактерии в зубном налете похожи на большое густое дерево в лесу; они создают пространственную структуру, которая обеспечивает среду обитания для многих других видов бактерий вокруг них».
Большинство бактерий и архей размножаются с помощью неполого процесса, который называется бинарным делением. Ядро единственной клетки, составляющей организм, распадается на два ядра; затем самая клетка делится, в результате чего там, где был один, образуются два организма.
Уэлч и его коллеги заинтересовались способом размножения C. matruchotii после проведения предварительного исследования того, как колонии бактерий зубного налета организуются пространственно в биопленке, покрывающей человеческие зубы. Микробиом бляшек образует что-то вроде острой структуры «ежа» с нитями. C. matruchotii в качестве основания.
Чтобы наблюдать, как эти структуры добавляют новые нити, исследователи использовали замедленную микроскопию, наблюдая в режиме реального времени, как бактерии в микробиоме взаимодействуют друг с другом, сосуществуют, размножаются и растут.
Именно здесь они увидели, что необычное деление клеток C. matruchotii был не обычным двойным типом, а гораздо более плодотворным. И делает это очень удивительным образом.
Во-первых, нить удлиняется лишь на одном конце, вырастая гораздо длиннее обычного размера клетки. Он делает это в пять раз быстрее, чем другие, близкородственные виды коринебактерий, живущие в носу или на коже. Затем одновременно образуется несколько разделительных стенок, называемых перегородками, прежде чем клетка распадется на 3-14 полных дочерних клеток.
Благодаря этому странному процессу колония C. matruchotii может расти очень быстро, до половины миллиметра в день, что может помочь объяснить, почему зубной налет начинает возвращаться на ваши зубы в течение нескольких часов, независимо от того, насколько тщательно вы их чистите.
Эти биопленки похожи на микроскопические тропические леса. Бактерии в этих биопленках взаимодействуют, когда они растут и делятся. Мы считаем, что необычный клеточный цикл C. matruchotii позволяет этому виду образовывать эти очень плотные сети в основе биопленки», – говорит Чимилиски.
«Что-то в этой очень плотной, конкурентной среде обитания зубного налета, возможно, стало причиной эволюции этого способа выращивания».
Еще одна интересная вещь о C. matruchotii, которая может побуждать ее странный рост и разделение, заключается в том, что у нее отсутствует жгутик; похож на кнут отросток, который используют другие бактерии для передвижения. Поскольку он закреплен на месте, его быстрый рост может являться средством исследования окружающей среды и поиска источников пищи, говорят исследователи.
Это может быть то, как микроб получает конкурентное преимущество в переполненной бактериями среде человеческого рта. Но мы никогда не видели ничего подобного. Это совершенно новый способ размножения бактерий – и он все время находился здесь, в наших собственных телах.
«Мы предполагаем, что быстрый рост путем расширения кончика и одновременного многократного разделения объясняет, как C. matruchotii предваряет другие таксоны, чтобы образовать нитевидные сети в центре биопленки зубного налета», — пишут исследователи в своей статье.
«Наши выводы выходят за пределы микробиомы полости рта, открывая уникальный бактериальный клеточный цикл и пример того, как клеточная морфология и репродуктивная стратегия могут влиять на пространственную организацию микробных сообществ».