PNAS: Бактерии из полости рта размножаются с помощью редкой формы деления клеток

Во рту человека существует экосистема, состоящая из более чем 500 видов бактерий. Они живут в сообществах, называемых биопленками. Почти все бактерии размножаются делением: одна клетка становится двумя дочерними.

Учёные из Морской биологической лаборатории (MBL) и ADA Forsyth исследовали механизм деления клеток у Corynebacterium matruchotii — распространённой бактерии, обитающей в зубном налёте. Оказалось, что она делится сразу на несколько новых клеток.

Результаты исследования опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Команда наблюдала, как клетки C. matruchotii делились на 14 частей в зависимости от длины материнской клетки. Клетки растут только на одном полюсе материнской нити.

Нити C. matruchotii служат основой зубного налёта — биоплёнки. Зубной налёт — это сообщество микроорганизмов, которые живут и сосуществуют в здоровом человеческом теле. Это открытие помогает понять, как бактерии размножаются, конкурируют за ресурсы и сохраняют свою структуру в зубном налёте.

В рифах есть кораллы, в лесах — деревья, а во рту — зубной налёт с бактериями Corynebacterium. Они создают структуру, которая становится средой обитания для других бактерий.

Такие биоплёнки похожи на микроскопические леса. Бактерии в них взаимодействуют между собой по мере роста и деления. Учёные предполагают, что необычный клеточный цикл C. matruchotii позволяет этому виду формировать плотные сети в сердцевине биоплёнки.

Микробный лес

Это исследование основано на работе 2016 года. В ней использовался метод визуализации CLASI-FISH для изучения зубного налёта, собранного у здоровых людей.

В ходе исследования были получены изображения бактериальных скоплений в зубном налёте, которые назвали «ёжиками». Основой их структуры были нитевидные клетки C. matruchotii.

Учёные изучили C. matruchotii с помощью замедленной микроскопии. Это позволило наблюдать за ростом нитевидных клеток в реальном времени и увидеть, как бактерии взаимодействуют между собой и используют пространство.

Марк Уэлч отмечает, что для понимания работы бактерий в био плёнке зубного налёта необходимо знать их основную биологию.

Стоматологи рекомендуют чистить зубы дважды в день, чтобы удалять зубной налёт. Но он всё равно образуется.

Учёные провели эксперименты и выяснили, что колонии бактерий C. matruchotii могут вырастать до полумиллиметра в день. Другие виды Corynebacterium встречаются и в других частях микробиома человека, но они не удлиняются за счёт кончиков и не делятся путём множественного деления.

Чимилески предполагает, что именно плотная конкурентная среда зубного налёта могла повлиять на эволюцию такого способа роста.

Исследовательский рост

У C. matruchotii нет жгутиков, которые помогают бактериям передвигаться. Поэтому они исследуют окружающую среду, разделяясь и увеличиваясь в длине — подобно мицелиальным сетям у грибов и бактерий Streptomyces, живущих в почве.

Чимилески говорит, что если эти клетки могут перемещаться к питательным веществам или другим видам для формирования полезных взаимодействий, это поможет понять, как возникает пространственная организация биоплёнок зубного налёта.

Бориси, соавтор исследования и главный исследователь ADA Forsyth, бывший директор Морской биологической лаборатории, удивляется тому, что в наших ртах может обитать микроб с уникальной репродуктивной стратегией. Он считает следующей задачей понять значение этой стратегии для здоровья нашего рта и организма.

03.09.2024