Las bacterias se reproducen por fisión binaria. Eso significa que en el momento de reproducirse, la célula duplica su tamaño, replica su ADN y se divide en dos células idénticas entre sí. Pero no todas las bacterias se reproducen igual.
Una investigación publicada en “Proceedings of the National Academy of Sciences” (“PNAS”) ha descubierto un mecanismo extraordinario de división celular de la Corynebacterium matruchotii, una de las bacterias más comunes que viven en la placa dental.
La boca humana es un ecosistema próspero de más de 500 especies diferentes de bacterias que viven en comunidades estructuradas y diferenciadas llamadas biopelículas. Casi todas estas bacterias crecen dividiéndose en dos y una célula madre da lugar a dos células hijas, pero esta bacteria filamentosa no solo se divide, sino que se divide en múltiples células a la vez, un proceso poco común llamado fisión múltiple.
El equipo de investigadores del Laboratorio de Biología Marina (MBL) y ADA Forsyth observó que las células de C. matruchotii se dividían en hasta 14 células diferentes a la vez, dependiendo de la longitud de la célula madre original.
Estas células también crecen solo en un polo del filamento madre, algo llamado “extensión de la punta”. Los filamentos de C. matruchotii actúan como un andamiaje dentro de la placa dental, que es una biopelícula.
La placa dental es solo una comunidad microbiana dentro de una inmensa población de microorganismos que viven y coexisten en el cuerpo humano sano. Y este descubrimiento arroja luz sobre cómo estas bacterias proliferan, compiten por los recursos con otras bacterias y mantienen su integridad estructural dentro del intrincado entorno de la placa dental.
“Los arrecifes tienen corales, los bosques tienen árboles y la placa dental en nuestra boca tiene Corynebacterium. Las células de Corynebacterium en la placa dental son como un árbol grande y tupido en el bosque; crean una estructura espacial que proporciona el hábitat para muchas otras especies de bacterias a su alrededor”, afirma en un comunicado la coautora del estudio Jessica Mark Welch, científica senior en ADA Forsyth y científica adjunta en MBL.
“Estas biopelículas son como selvas tropicales microscópicas. Las bacterias que habitan en ellas interactúan a medida que crecen y se dividen. Creemos que el inusual ciclo celular de C. matruchotii permite a esta especie formar estas redes muy densas en el núcleo de la biopelícula”, añade Scott Chimileski, científico investigador de MBL y autor principal del artículo.
Esta investigación se basa en un artículo de 2016 que utilizó una técnica de imágenes desarrollada en el MBL llamada CLASI-FISH (marcado combinatorio e hibridación in situ fluorescente con imágenes espectrales) para visualizar la organización espacial de la placa dental recolectada de donantes sanos.
En este estudio anterior se obtuvieron imágenes de consorcios bacterianos dentro de la placa dental, que se denominan “erizos” debido a su apariencia. Uno de los principales hallazgos de ese artículo original fue que las células filamentosas de C. matruchotii actuaban como base de la estructura del erizo.
El presente estudio profundizó en la biología de C. matruchotii , utilizando microscopía de lapso de tiempo -una fotografía de lapso de tiempo aplicada a la microscopía- para estudiar cómo crecen las células filamentosas.
En lugar de simplemente capturar una instantánea de esta selva tropical microbiana, los científicos pudieron visualizar la dinámica del crecimiento bacteriano del ecosistema en miniatura en tiempo real. Y vieron cómo estas bacterias interactúan entre sí, utilizan el espacio y, en el caso de C. matruchotii , la increíble forma en que crecen.
“Para entender cómo trabajan juntos los diferentes tipos de bacterias en la biopelícula de la placa, tenemos que entender la biología básica de estas bacterias, que no viven en ningún otro lugar excepto en la boca humana”, explica Mark Welch.
Los dentistas recomiendan cepillarse los dientes (y, por lo tanto, eliminar la placa dental) dos veces al día. Sin embargo, esta biopelícula vuelve a aparecer por mucho que nos cepillemos los dientes.
Al extrapolar los resultados de los experimentos, los científicos descubrieron que las colonias de C. matruchotii podían crecer hasta medio milímetro por día.
Otras especies de Corynebacterium se encuentran en otras partes del microbioma humano, como la piel y el interior de la cavidad nasal. Sin embargo, las especies de Corynebacterium de la piel y la nariz son células más cortas, con forma de bastón, que no se alargan por extensión de la punta ni se dividen por fisión múltiple.
“Algo en este hábitat muy denso y competitivo de la placa dental puede haber impulsado la evolución de esta forma de crecimiento”, estima Chimileski.
Las C. matruchotii carecen de flagelos, los orgánulos que permiten a las bacterias desplazarse. Como estas bacterias no pueden nadar, los investigadores creen que su singular elongación y división celular podrían ser una forma de explorar su entorno, de forma similar a las redes miceliares que se observan en los hongos y las bacterias Streptomyces que viven en el suelo.
“Si estas células tienen la capacidad de moverse preferentemente hacia los nutrientes o hacia otras especies para formar interacciones beneficiosas, esto podría ayudarnos a comprender cómo se produce la organización espacial de las biopelículas de la placa”, manifiesta Chimileski.
“Quién habría pensado que nuestras bocas albergarían un microbio cuya estrategia reproductiva es prácticamente única en el mundo bacteriano”, dijo el coautor Gary Borisy, investigador principal de ADA Forsyth y ex director del Laboratorio de Biología Marina.
“El próximo desafío es comprender el significado de esta estrategia para la salud de nuestras bocas y nuestros cuerpos”, añade.
