Vedci zistili, prečo sa zubný plak obnovuje tak rýchlo

Jedna z najbežnejších baktérií žijúcich v zubnom plaku, vláknitá baktéria zvaná Corynebacterium matruchotii, sa nedelí na dve dcérske bunky ako väčšina baktérií, ale na viac nových buniek vo vzácnejšom procese zvanom mnohopočetné štiepenie.

Tvar bakteriálnych buniek a spôsob, akým si baktérie udržujú svoj tvar prostredníctvom bunkovej reprodukcie, sú základné biologické charakteristiky, ktoré spájajú formu, fyziológiu a prostredie v mikrobiálnom svete. Zatiaľ čo väčšina baktérií sa delí binárnym štiepením, autori našli pozoruhodný príklad súčasného viacnásobného štiepenia vláknitej baktérie, ktorá má kľúčovú štrukturálnu úlohu v ľudskom zubnom povlaku. Táto štúdia rozširuje chápanie orálneho mikrobiómu, kde stovky bakteriálnych druhov súťažia o priestor a živiny a vytvárajú biofilmy, ktoré majú priamy vplyv na ľudské zdravie. A tieto zistenia presahujú orálny mikrobióm a odhaľujú jedinečný bakteriálny bunkový cyklus a príklad toho, ako môže bunková morfológia a reprodukčná stratégia ovplyvniť priestorovú organizáciu mikrobiálnych komunít.

Organizmy vykazujú nesmiernu rozmanitosť tvarov, veľkostí a reprodukčných stratégií. V mikroskopickom meradle sú morfológia a dynamika rastu bakteriálnych buniek adaptívnymi znakmi, ktoré ovplyvňujú priestorovú organizáciu mikrobiálnych komunít. V jednej takej komunite – biofilmu ľudského zubného povlaku – tvorí sieť vláknitých buniek Corynebacterium matruchotii jadro bakteriálnych konzorcií známych ako ježkovia, ale procesy, ktoré tieto štruktúry vytvárajú, sú nejasné. Autori pomocou časozbernej mikroskopie živých buniek a fluorescenčných D-aminokyselín na sledovanie biosyntézy peptidoglykánu ukázali mimoriadny príklad súčasného viacnásobného delenia. Bunky C. matruchotii sa predlžujú na jednom póle podobne tomu, ako rastú baktérie Streptomyces žijúce v pôde. Vlákna sa predlžujú rýchlo, a to viac ako päťkrát rýchlejšie ako iné blízko príbuzné bakteriálne druhy. Po elongácii sa súčasne vytvorí mnoho sept a každá bunka sa rozdelí na 3 až 14 dcérskych buniek, v závislosti od dĺžky materského vlákna. Dcérske bunky potom nukleujú výrastky nových, tenších vegetatívnych filamentov a vytvárajú klasickú morfológiu tohto taxónu. Výsledky rozširujú známu rozmanitosť bakteriálnych bunkových cyklov a pomáhajú vysvetliť, ako táto vláknitá baktéria môže súťažiť o priestor, pristupovať k živinám a vytvárať dôležité medzidruhové interakcie v zubnom plaku.

„Bunky Corynebacterium matruchotii v zubnom plaku sú ako veľký, košatý strom v lese; vytvárajú priestorovú štruktúru, ktorá poskytuje prostredie pre mnoho ďalších druhov baktérií okolo nich,“ vysvetľuje spoluautorka štúdie – mikrobiologička Jessica Mark Welchová z Forsyth Institute and Marine Biological Laboratory.

V časozbernej mikroskopii vedci pozorovali neobvyklé bunkové delenie C. matruchotii. Vďaka tomuto podivnému procesu môže kolónia C. matruchotii rásť skutočne veľmi rýchlo, až o pol milimetra za deň – čo by mohlo vysvetliť, prečo sa plak na zuboch obnoví v priebehu niekoľkých hodín bez ohľadu na to, ako starostlivo je plak odstraňovaný.

„Tieto biofilmy sú ako mikroskopické dažďové pralesy. Baktérie v týchto biofilmoch interagujú, rastú a delia sa. Myslíme si, že neobvyklý bunkový cyklus C. matruchotii umožňuje tomuto druhu vytvoriť tieto veľmi husté siete v jadre biofilmu," hovorí Scott Chimileski, hlavný autor štúdie.

Ďalšia zaujímavá vec na C. matruchotii, ktorá by mohla viesť k jeho podivnému rastu a deleniu, je to, že postráda bičík, ktorý iné baktérie používajú na pohyb. Pretože je C. matruchotii fixovaná na mieste, jej rýchly rast by mohol byť spôsobom, ako preskúmať prostredie a nájsť potravu, uvádzajú vedci.

„Naše zistenia významom presahujú orálny mikrobióm a odhaľujú jedinečný bakteriálny bunkový cyklus a príklad toho, ako môže bunková morfológia a reprodukčná stratégia ovplyvniť priestorovú organizáciu mikrobiálnych komunít," komentujú autori štúdie.

Zdroj:

Nature 4. 9. 2024
Chimileski S, et al. Tip extension and simultaneous multiple fission in a filamentous bacterium. Proceedings of the National Academy of Sciences 2024;121:e2408654121. https://doi.org/10.1073/pnas.2408654121