L'un des écosystèmes les plus diversifiés de la planète est plus proche que vous ne le pensez : il se trouve juste à l'intérieur de votre bouche. Votre bouche est un écosystème florissant de plus de 500 espèces différentes de bactéries vivant dans des communautés distinctes et structurées appelées biofilms. Presque toutes ces bactéries se développent en se divisant en deux, une cellule mère donnant naissance à deux cellules filles.
De nouvelles recherches du Laboratoire de biologie marine (MBL) et de l'ADA Forsyth ont découvert un mécanisme extraordinaire de division cellulaire dans Corynebacterium matruchotii, L'une des bactéries les plus courantes vivant dans la plaque dentaire. Cette bactérie filamenteuse ne se divise pas simplement, elle se divise en plusieurs cellules à la fois, un processus rare appelé fission multiple. La recherche est publiée cette semaine dans Actes de l'Académie nationale des sciences.
L'équipe a observé C. matruchotii Les cellules se divisent en 14 cellules différentes à la fois, selon la longueur de la cellule mère d'origine. Ces cellules ne se développent également que sur un pôle du filament mère, ce que l'on appelle « l'extension de la pointe ».
C. matruchotii Les filaments agissent comme un échafaudage au sein de la plaque dentaire, qui est un biofilm. La plaque dentaire n'est qu'une communauté microbienne au sein d'une immense population de micro-organismes qui vivent et coexistent avec un corps humain sain – un environnement connu sous le nom de « microbiome humain ». Cette découverte met en lumière la façon dont ces bactéries prolifèrent, rivalisent pour les ressources avec d'autres bactéries et maintiennent leur intégrité structurelle dans l'environnement complexe de la plaque dentaire.
Les récifs ont des coraux, les forêts ont des arbres et la plaque dentaire dans notre bouche a Corynébactérie. Le Corynébactérie « Les cellules de la plaque dentaire sont comme un grand arbre touffu dans la forêt ; elles créent une structure spatiale qui fournit un habitat à de nombreuses autres espèces de bactéries qui les entourent. »
Jessica Mark Welch, co-auteure de l'article, scientifique principale chez ADA Forsyth et scientifique adjointe au MBL
« Ces biofilms sont comme des forêts tropicales microscopiques. Les bactéries de ces biofilms interagissent à mesure qu'elles grandissent et se divisent. Nous pensons que les C. matruchotii « Le cycle cellulaire permet à cette espèce de former ces réseaux très denses au cœur du biofilm », a déclaré Scott Chimileski, chercheur scientifique du MBL et auteur principal de l'article.
La forêt microbienne
Cette recherche s'appuie sur un article de 2016 qui utilisait une technique d'imagerie développée au MBL appelée CLASI-FISH (étiquetage combinatoire et imagerie spectrale par hybridation fluorescente in situ) pour visualiser l'organisation spatiale de la plaque dentaire collectée auprès de donneurs sains. Cette étude antérieure a imagé des consortiums bactériens au sein de la plaque dentaire, appelés « hérissons » en raison de leur apparence. L'une des principales conclusions de cet article original était que les filaments C. matruchotii les cellules servaient de base à la structure du hérisson.
La présente étude a approfondi la biologie de C. matruchotiien utilisant la microscopie accélérée pour étudier la croissance des cellules filamenteuses. Plutôt que de simplement capturer un instantané de cette forêt tropicale microbienne, les scientifiques ont pu imager la dynamique de croissance bactérienne de l'écosystème miniature en temps réel. Ils ont vu comment ces bactéries interagissent entre elles, utilisent l'espace et, dans le cas de C. matruchotii-;la façon incroyable dont ils grandissent.
« Pour comprendre comment les différents types de bactéries fonctionnent ensemble dans le biofilm de plaque, nous devons comprendre la biologie de base de ces bactéries, qui ne vivent nulle part ailleurs que dans la bouche humaine », a déclaré Mark Welch.
Les dentistes recommandent de se brosser les dents (et donc d’éliminer la plaque dentaire) deux fois par jour. Pourtant, ce biofilm revient, quelle que soit la diligence avec laquelle vous vous brossez les dents. En extrapolant à partir d’expériences d’élongation cellulaire mesurées en micromètres par heure, les scientifiques ont découvert que C. matruchotii les colonies pourraient croître jusqu'à un demi-millimètre par jour.
Autres espèces de Corynébactérie se trouvent ailleurs dans le microbiome humain, comme la peau et l'intérieur de la cavité nasale. Pourtant, la peau et les fosses nasales Corynébactérie les espèces sont des cellules plus courtes, en forme de bâtonnet, qui ne sont pas connues pour s'allonger par extension de la pointe ou se diviser par fission multiple.
« Quelque chose dans cet habitat très dense et compétitif de la plaque dentaire pourrait avoir conduit à l'évolution de ce mode de croissance », a déclaré Chimileski.
Croissance exploratoire
C. matruchotii Les bactéries ne possèdent pas de flagelles, les organites qui permettent aux bactéries de se déplacer. Comme ces bactéries ne peuvent pas nager, les chercheurs pensent que leur allongement et leur division cellulaire uniques pourraient leur permettre d'explorer leur environnement, à l'instar des réseaux mycéliens observés chez les champignons et les amphibiens. Streptomyces bactéries qui vivent dans le sol.
« Si ces cellules ont la capacité de se déplacer préférentiellement vers les nutriments ou vers d'autres espèces pour former des interactions bénéfiques, cela pourrait nous aider à comprendre comment se produit l'organisation spatiale des biofilms de plaque », a déclaré Chimileski.
« Qui aurait pu imaginer que notre bouche bien connue abriterait un microbe dont la stratégie de reproduction est pratiquement unique dans le monde bactérien », a déclaré Gary Borisy, co-auteur de l'étude, chercheur principal à l'ADA Forsyth et ancien directeur du laboratoire de biologie marine. « Le prochain défi consiste à comprendre la signification de cette stratégie pour la santé de notre bouche et de notre corps. »
