Dünyadaki en çeşitli ekosistemlerden biri düşündüğünüzden çok daha yakında bulunuyor — ağzınızın içinde. Ağız, 500'den fazla farklı bakteri türünün yaşadığı, biyofilmler olarak bilinen yapılandırılmış topluluklarda yaşayan, canlı bir ekosistemdir. Bu bakterilerin çoğu, ikiye bölünerek büyür; bir anne hücre, iki kız hücreye dönüşür. Ancak, Marine Biological Laboratory (MBL) ve ADA Forsyth'den yapılan yeni bir araştırma, dental plakta yaşayan en yaygın bakterilerden biri olan Corynebacterium matruchotii'de olağanüstü bir hücre bölünme mekanizması ortaya çıkardı. Bu filamentli bakteri, sadece ikiye bölünmekle kalmaz, aynı zamanda birden fazla hücreye bölünür. Bu nadir süreç, "multiple fission" (çoklu bölünme) olarak adlandırılır ve bu hafta Proceedings of the National Academy of Sciences dergisinde yayımlandı.
Bir Bakteri Türünün Olağanüstü Hücre Bölünmesi
Araştırma ekibi, C. matruchotii hücrelerinin, orijinal anne hücrenin uzunluğuna bağlı olarak aynı anda 14 farklı hücreye kadar bölündüğünü gözlemledi. Bu hücreler ayrıca yalnızca anne filamentin bir ucunda büyür — bu duruma "uç uzaması" denir. Bu filamentler, dental plaktaki biyofilmin içinde bir iskele gibi davranır. Dental plak, sağlıklı bir insan vücudunda yaşayan ve birlikte var olan mikroorganizmaların devasa bir popülasyonu olan "insan mikrobiyomu" içinde sadece bir mikrobiyal topluluktur. Bu keşif, bu bakterilerin nasıl çoğaldığını, diğer bakterilerle kaynaklar için nasıl rekabet ettiğini ve dental plaktaki karmaşık ortamda yapısal bütünlüklerini nasıl koruduklarını aydınlatır.
Bu bulgular, sadece ağız sağlığı için değil, aynı zamanda genel sağlık için de büyük öneme sahiptir. C. matruchotii'nin dental plakta yarattığı yapı, diğer bakteri türlerinin bu ortamda yaşamını sürdürmesi için kritik bir öneme sahiptir. ADA Forsyth'ten kıdemli bilim insanı ve MBL'de yardımcı bilim insanı olan Jessica Mark Welch, bu durumu şöyle açıklıyor: "Resiflerde mercanlar, ormanlarda ağaçlar ve ağzımızdaki dental plakta Corynebacterium bulunur. Dental plaktaki Corynebacterium hücreleri, ormandaki büyük, gür bir ağaç gibidir; etrafındaki diğer birçok bakteri türüne yaşam alanı sağlayan bir mekânsal yapı oluştururlar."
Mikrobiyal Yağmur Ormanları
Bu araştırma, 2016 yılında MBL'de geliştirilen ve CLASI-FISH (combinatorial labeling and spectral imaging fluorescent in situ hybridization) adı verilen bir görüntüleme tekniğini kullanan bir makaleye dayanır. Bu teknik, sağlıklı bağışçılardan toplanan dental plak örneklerinde bakteriyel konsorsiyumların mekânsal organizasyonunu görselleştirdi. Bu bakteriyel topluluklar, görünüşlerinden dolayı "kirpiler" olarak adlandırılır. Orijinal makaledeki ana bulgulardan biri, filamentli C. matruchotii hücrelerinin kirpi yapısının temelini oluşturduğuydu.
Şimdiki çalışma, C. matruchotii biyolojisine daha derinlemesine inerek, filamentli hücrelerin nasıl büyüdüğünü incelemek için time-lapse mikroskobi kullanıyor. Bilim insanları, bu bakterilerin birbirleriyle nasıl etkileşime girdiğini, mekanı nasıl kullandıklarını ve — C. matruchotii örneğinde olduğu gibi — inanılmaz büyüme şekillerini görsel olarak izleyebildiler. "Dental plak biyofilminde farklı bakteri türlerinin nasıl birlikte çalıştığını anlamak için, sadece insan ağzında yaşayan bu bakterilerin temel biyolojisini anlamamız gerekiyor," diyor Mark Welch.
Diş hekimleri, dişlerinizi günde iki kez fırçalamanızı (ve böylece dental plağı temizlemenizi) tavsiye ederler. Ancak bu biyofilm, ne kadar titizlikle fırçalarsanız fırçalayın, geri döner. Hücre uzama deneyimlerinden mikrometre başına saat cinsinden yapılan ekstrapolasyonlara göre, bilim insanları C. matruchotii kolonilerinin günde yarım milimetreye kadar büyüyebileceğini buldular.
İnsan Mikrobiyomundaki Diğer Türler
Corynebacterium'un diğer türleri insan mikrobiyomunun başka yerlerinde, örneğin ciltte ve burun boşluğunda bulunur. Ancak ciltte ve burunda bulunan Corynebacterium türleri daha kısa, çubuk şeklinde hücrelerdir ve uç uzamasıyla uzama veya çoklu bölünmeyle bölünme bilinen özellikleri değildir. "Dental plağın bu çok yoğun, rekabetçi ortamı, bu büyüme şeklini geliştiren evrimsel bir itici güç olabilir," diyor Chimileski.
C. matruchotii flagella, yani bakterilerin etrafta hareket etmesini sağlayan organellerden yoksundur. Bu bakteriler yüzemediği için, araştırmacılar, benzersiz uzama ve hücre bölünme şeklinin, çevrelerini keşfetmenin bir yolu olabileceğine inanıyorlar; bu, toprakta yaşayan mantar ve Streptomyces bakterilerinde görülen miselyal ağlara benzer bir durumdur. "Bu hücrelerin, besinlere veya diğer türlere faydalı etkileşimler oluşturmak için tercihli olarak hareket etme yetenekleri varsa — bu, plak biyofilminin mekânsal organizasyonunun nasıl oluştuğunu anlamamıza yardımcı olabilir," diyor Chimileski.
ADA Forsyth'ten baş araştırmacı ve Marine Biological Laboratory'nin eski direktörü Gary Borisy, "Kim bizim tanıdık ağızlarımızda, bakteriyel dünyada neredeyse benzersiz bir üreme stratejisine sahip bir mikrop barındırdığımızı düşünebilirdi," diyor. "Bir sonraki zorluk, bu stratejinin ağız sağlığımız ve vücudumuzun sağlığı için ne anlama geldiğini anlamaktır."
Referanslar
- Scott Chimileski, Gary G. Borisy, Floyd E. Dewhirst, Jessica L. Mark Welch. Tip extension and simultaneous multiple fission in a filamentous bacterium. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2024; 121 (37) DOI: 10.1073/pnas.2408654121
0 Yorumlar