אחת המערכות האקולוגיות המגוונות ביותר על פני כדור הארץ קרובה יותר ממה שאתה חושב -; ממש בתוך הפה שלך. הפה שלך הוא מערכת אקולוגית משגשגת של יותר מ-500 מינים שונים של חיידקים החיים בקהילות מובנות מובחנות הנקראות ביופילמים. כמעט כל החיידקים הללו גדלים על ידי פיצול (או חלוקה) לשניים, כאשר תא אם אחד מוליד שני תאי בת.
מחקר חדש של המעבדה הביולוגית הימית (MBL) ו-ADA Forsyth חשף מנגנון יוצא דופן של חלוקת תאים ב Corynebacterium matruchotii, אחד החיידקים הנפוצים ביותר החיים ברובד השיניים. החיידק החוטי לא רק מתחלק, הוא מתפצל למספר תאים בבת אחת, תהליך נדיר שנקרא ביקוע מרובה. המחקר פורסם השבוע ב הליכים של האקדמיה הלאומית למדעים.
הצוות צפה C. matruchotii תאים המתחלקים לעד 14 תאים שונים בבת אחת, תלוי באורך תא האם המקורי. תאים אלה גם גדלים רק בקוטב אחד של חוט האם; משהו שנקרא "הרחבת טיפ".
C. matruchotii חוטים פועלים כפיגום בתוך רובד שיניים, שהוא ביופילם. רובד שיניים הוא רק קהילה מיקרוביאלית אחת בתוך אוכלוסייה עצומה של מיקרואורגניזמים שחיים ומתקיימים יחד עם גוף אנושי בריא – סביבה המכונה "המיקרוביום האנושי". תגלית זו שופכת אור על האופן שבו חיידקים אלו מתרבים, מתחרים על משאבים עם חיידקים אחרים ושומרים על שלמותם המבנית בתוך הסביבה המורכבת של רובד שיניים.
לשוניות יש אלמוגים, ביערות יש עצים, ולרובד השיניים בפינו יש Corynebacterium. ה Corynebacterium תאים ברובד השיניים הם כמו עץ גדול ועבות ביער; הם יוצרים מבנה מרחבי המספק את בית הגידול למינים רבים אחרים של חיידקים סביבם."
ג'סיקה מארק וולץ', מחברת שותפה למאמר, מדענית בכירה ב-ADA Forsyth ומדענית נוספת ב-MBL
"הסרטים הביולוגיים האלה הם כמו יערות גשם מיקרוסקופיים. החיידקים בביופילמים האלה מקיימים אינטראקציה בזמן שהם גדלים ומתחלקים. אנחנו חושבים שהדבר יוצא הדופן C. matruchotii מחזור התא מאפשר למין זה ליצור רשתות צפופות מאוד אלה בליבת הביופילם", אמר סקוט צ'ימילסקי, מדען מחקר MBL ומחבר ראשי במאמר.
היער המיקרוביאלי
מחקר זה מתבסס על מאמר משנת 2016 שהשתמש בטכניקת הדמיה שפותחה ב-MBL בשם CLASI-FISH (תיוג קומבינטורי והכלאה ספקטרלית פלואורסצנטי באתרו) כדי להמחיש את הארגון המרחבי של רובד שיניים שנאסף מתורמים בריאים. מחקר מוקדם יותר זה דילם קונסורציית חיידקים בתוך רובד שיניים, אשר נקראים "קיפודים" בשל המראה שלהם. אחד הממצאים העיקריים מאותו מאמר מקורי היה חוטי C. matruchotii תאים פעלו כבסיס למבנה הקיפוד.
המחקר הנוכחי לקח צלילה עמוקה יותר לתוך הביולוגיה של C. matruchotiiבאמצעות מיקרוסקופ של זמן-lapse כדי ללמוד כיצד התאים החוטים גדלים. במקום רק לצלם תמונת מצב של יער הגשם המיקרוביאלי הזה, המדענים הצליחו לדמיין את הדינמיקה של צמיחת חיידקים של המערכת האקולוגית המיניאטורית בזמן אמת. הם ראו כיצד החיידקים הללו מקיימים אינטראקציה זה עם זה, משתמשים במרחב, ובמקרה של C. matruchotii-; הדרך המדהימה שהם גדלים.
"כדי להבין כיצד כל סוגי החיידקים השונים פועלים יחד בביופילם הפלאק, עלינו להבין את הביולוגיה הבסיסית של החיידקים הללו, שאינם חיים בשום מקום אחר מלבד הפה האנושי", אמר מארק וולש.
רופאי שיניים ממליצים לצחצח שיניים (ולכן לצחצח רובד שיניים) פעמיים ביום. אבל הביופילם הזה חוזר לא משנה כמה אתה מצחצח בחריצות. על ידי אקסטרפולציה מניסויי התארכות תאים שנמדדו במיקרומטרים לשעה, המדענים מצאו כי C. matruchotii מושבות יכולות לגדול עד חצי מילימטר ליום.
מינים אחרים של Corynebacterium נמצאים במקומות אחרים במיקרוביום האנושי, כמו העור ובתוך חלל האף. ובכל זאת העור והאף Corynebacterium מינים הם תאים קצרים יותר בצורת מוט, שלא ידוע שהם מתארכים על ידי הארכת קצה או מתחלקים על ידי ביקוע מרובה.
"ייתכן שמשהו בבית הגידול הצפוף והתחרותי הזה של רובד השיניים הניע את האבולוציה של דרך הגידול הזו", אמר צ'ימילסקי.
צמיחה חקרנית
C. matruchotii חסרים דגלים, האברונים המאפשרים לחיידקים לנוע. מכיוון שחיידקים אלו אינם יכולים לשחות, החוקרים מאמינים שההתארכות הייחודית וחלוקת התאים שלו עשויה להיות דרך לחקור את סביבתו, בדומה לרשתות התפטיר הנראות בפטריות ו Streptomyces חיידקים החיים באדמה.
"אם לתאים האלה יש את היכולת לנוע בעדיפות לכיוון חומרים מזינים או לכיוון מינים אחרים כדי ליצור אינטראקציות מועילות – זה יכול לעזור לנו להבין כיצד נוצר הארגון המרחבי של סרטי פלאק," אמר צ'ימילסקי.
"מי היה מאמין שהפיות המוכרים שלנו יאחסנו חיידק שאסטרטגיית הרבייה שלו היא כמעט ייחודית בעולם החיידקים", אמר שותף-כותב גארי בוריסי, חוקר ראשי ב-ADA Forsyth ולשעבר מנהל המעבדה הביולוגית הימית. "האתגר הבא הוא להבין את המשמעות של האסטרטגיה הזו לבריאות הפה והגוף שלנו".
