یکی از متنوع‌ترین اکوسیستم‌های کره زمین شاید نزدیک‌تر از آن باشد که تصور می‌کنید – درست در داخل دهان شما. این محیط پرجنب‌وجوش میزبان بیش از 500 گونه باکتری است که جوامع ساختاریافته‌ای به نام بیوفیلم تشکیل می‌دهند.
تقریباً همه این باکتری‌ها از طریق تقسیم دوتایی تکثیر می‌شوند، به طوری که یک سلول مادر به دو سلول دختر تقسیم می‌شود.
با این حال، تحقیقات جدید از آزمایشگاه زیست‌شناسی دریایی (MBL) و ADA Forsyth یک روش شگفت‌انگیز تقسیم سلولی را در Corynebacterium matruchotii، یک باکتری رایج موجود در پلاک دندانی، نشان می‌دهد.
تکثیر باکتری‌های دهان
بر خلاف باکتری‌های معمولی، C. matruchotii از طریق تقسیم چندگانه تکثیر می‌شود، یک فرآیند نادر که در آن یک سلول به طور همزمان به چندین سلول تقسیم می‌شود. این مطالعه که در مجله Proceedings of the National Academy of Sciences منتشر شده، این مکانیزم تقسیم منحصر به فرد را کشف کرده است.
تیم تحقیقاتی کشف کرده است که C. matruchotii می‌تواند بسته به اندازه سلول اولیه، تا 14 سلول جدید را به‌طور همزمان تولید کند. به‌طور قابل توجهی، این باکتری‌ها تنها از یک انتهای فیلامنت رشد می‌کنند – فرآیندی که به “رشد نوک” معروف است.
جوامع میکروبی پلاک دندانی
در داخل بیوفیلم پلاک دندانی، C. matruchotii به عنوان یک چارچوب ساختاری عمل می‌کند. پلاک دندانی تنها یکی از بسیاری از جوامع میکروبی در میکروبیوم گسترده‌تر انسان است، یک محیط پیچیده از میکروارگانیسم‌هایی که به‌طور هماهنگ در بدن سالم زندگی می‌کنند.
این تحقیقات اطلاعاتی درباره نحوه تکثیر این باکتری‌ها، رقابت برای منابع، و حفظ یکپارچگی ساختاری در پلاک دندانی ارائه می‌دهد.
جسیکا مارک ولچ، دانشمند ارشد در ADA Forsyth و دانشمند وابسته در MBL توضیح داد: “همان‌طور که مرجان‌ها صخره‌ها و درختان جنگل‌ها را تشکیل می‌دهند، Corynebacterium در پلاک دندانی یک ساختار متراکم و بوشی ایجاد می‌کند که از گونه‌های مختلف باکتریایی دیگر حمایت می‌کند.”
وی افزود: “این بیوفیلم‌ها مانند جنگل‌های بارانی مینیاتوری هستند. باکتری‌ها در حین رشد و تقسیم به‌طور دینامیکی با یکدیگر تعامل می‌کنند. ما معتقدیم که چرخه سلولی منحصر به فرد C. matruchotii به آن کمک می‌کند تا شبکه‌های متراکم را در هسته بیوفیلم ایجاد کند.”
استراتژی رشد باکتری‌های دهان
این مطالعه بر اساس یک مقاله تحقیقاتی در سال 2016 است که از تکنیک تصویربرداری CLASI-FISH (برچسب‌گذاری ترکیبی و تصویربرداری طیفی فلورسنت درجا هیبریداسیون) استفاده کرد تا سازمان‌دهی فضایی پلاک دندانی را به تصویر بکشد.
مطالعه قبلی نشان داد که سلول‌های فیلامنتی C. matruchotii به عنوان ستون فقرات ساختارهایی مشابه “خارپشت” در پلاک عمل می‌کنند.
تحقیقات فعلی به بررسی عمیق‌تری از زیست‌شناسی C. matruchotii پرداخته و از میکروسکوپی تایم‌لپس برای مشاهده نحوه رشد این سلول‌های فیلامنتی استفاده می‌کند.
به جای ارائه یک تصویر ثابت از این محیط میکروبی، دانشمندان دینامیک‌های رشد باکتریایی، تعاملات و استراتژی رشد شگفت‌انگیز C. matruchotii را در زمان واقعی ضبط کردند.
زیست‌شناسی بنیادی باکتری‌های دهان
ولچ گفت: “برای درک اینکه چگونه باکتری‌های مختلف در بیوفیلم پلاک همکاری می‌کنند، باید زیست‌شناسی بنیادی این میکروارگانیسم‌ها که به‌طور انحصاری در دهان انسان زندگی می‌کنند را درک کنیم.”
علیرغم مسواک زدن منظم، پلاک دندانی مجدداً ظاهر می‌شود، که دانشمندان را به این تخمین رسانده که کلونی‌های C. matruchotii می‌توانند تا نیم میلی‌متر در روز رشد کنند.
اگرچه گونه‌های دیگر Corynebacterium در قسمت‌های مختلف بدن انسان مانند پوست و حفره بینی یافت می‌شوند، اما این گونه‌ها رفتار مشابهی در زمینه کشیدگی یا تقسیم چندگانه از خود نشان نمی‌دهند.
چیمیلزکی پیشنهاد کرد: “این استراتژی رشد منحصر به فرد ممکن است به دلیل ماهیت رقابتی محیط پلاک دندانی تکامل یافته باشد.”
پیامدهای گسترده‌تر این مطالعه
C. matruchotii فاقد فلاژلا است، به این معنی که نمی‌تواند به‌طور فعال حرکت کند. محققان گمان می‌کنند که استراتژی‌های کشیدگی و تقسیم سلولی خاص آن ممکن است به عنوان ابزاری برای کاوش محیط آن عمل کنند، مشابه با نحوه عملکرد میسیلیوم‌های قارچی یا باکتری‌های Streptomyces ساکن در خاک.
چیمیلزکی گفت: “اگر این سلول‌ها بتوانند به سمت مواد مغذی حرکت کنند یا با گونه‌های دیگر برای تشکیل روابط مفید تعامل کنند، می‌تواند به ما کمک کند تا نحوه توسعه سازمان‌دهی فضایی بیوفیلم‌های پلاک را درک کنیم.”
گری بوریزی، نویسنده همکار این مطالعه و محقق اصلی در ADA Forsyth و مدیر سابق MBL، خاطرنشان کرد که جالب است که دهان ما میزبان میکروبی با چنین استراتژی تولیدمثلی منحصر به فرد است. “گام بعدی این است که بررسی کنیم این استراتژی چگونه بر سلامت دهان و سلامت عمومی تأثیر می‌گذارد.”
