Een van de meest diverse ecosystemen vind je niet in het oerwoud of op andere exotische plaatsen, maar veel dichterbij, namelijk in je mond. En daar vindt bovendien een hele zeldzame celdeling plaats, ontdekten Amerikaanse onderzoekers.
Er zitten meer dan vijfhonderd verschillende soorten bacteriën in je mond, die in georganiseerde gemeenschappen leven, biofilms genaamd. Bijna al deze bacteriën vermenigvuldigen zich door zich in tweeën te splitsen, waarbij één moedercel twee dochtercellen voortbrengt. Maar er is er ook eentje die het anders doet. Dat is de Corynebacterium matruchotii, een van de meest voorkomende bacteriën in tandplak. Dit draadvormige exemplaar deelt zich in meerdere cellen tegelijk, een zeldzaam proces dat meervoudige splijting wordt genoemd.
Veertien cellen tegelijk
C. matruchotii kan zich in maar liefst veertien cellen tegelijk delen, afhankelijk van de lengte van de oorspronkelijke moedercel. Deze cellen groeien alleen aan één uiteinde van de moederdraad, iets dat ‘tipextensie’ wordt genoemd. De draden van C. matruchotii fungeren als een raamwerk voor de biofilm van tandplak. Tandplak is overigens slechts een van de vele microbiële gemeenschappen binnen de immens grote groep micro-organismen die in en met het menselijk lichaam samenleven, ook wel het microbioom genoemd.
Net als koraal
De ontdekking van de unieke celdeling in tandplak werpt licht op hoe deze bacteriën zich vermenigvuldigen, concurreren om hulpbronnen met andere bacteriën, en hun structurele integriteit behouden binnen de complexe omgeving van tandplak. “Riffen hebben koraal, bossen hebben bomen, en tandplak in onze mond heeft Corynebacterium. De Corynebacterium-cellen in tandplak zijn als een grote boom met veel takken: ze creëren een ruimtelijke structuur die een habitat biedt voor vele andere soorten bacteriën om hen heen”, zegt medeonderzoeker Jessica Mark Welch van het Marine Biological Laboratory in Massachusetts.
“Deze biofilms zijn als microscopische regenwouden. De bacteriën erin interacteren met elkaar terwijl ze groeien en zich delen. We denken dat de ongebruikelijke celcyclus van C. matruchotii deze soort in staat stelt om heel dichte netwerken te vormen in het hart van de biofilm”, zegt hoofdonderzoeker Scott Chimileski, eveneens verbonden aan dit Amerikaanse laboratorium.
Goed blijven poetsen
Met behulp van time-lapse microscopen konden de wetenschappers bestuderen hoe de draadvormige cellen daadwerkelijk groeien, in plaats van slechts een momentopname vast te leggen. Ze zagen hoe de bacteriën met elkaar omgaan, de ruimte gebruiken en – bij C. matruchotii – de ongelooflijke manier waarop ze zich delen. “Om te begrijpen hoe de verschillende soorten bacteriën samenwerken in de tandplakbiofilm, moeten we de basisbiologie van deze bacteriën begrijpen, die nergens anders leven dan in de mond van de mens”, aldus Mark Welch.
Tandartsen raden aan om twee keer per dag je tanden te poetsen om tandplak te verwijderen. Toch keert deze biofilm altijd terug, hoe goed je ook poetst. De onderzoekers berekenden dat C. matruchotii-kolonies tot een halve millimeter per dag konden groeien.
Op ontdekkingstocht
Corynebacterium is niet uniek voor de mond, hij komt ook voor op de huid en in de neusholte. Maar die soorten zijn korter, staafvormig en kennen niet de verlenging door tipextensie of deling door meervoudige splitsing. “Misschien heeft deze hele dichte, concurrerende habitat van tandplak de evolutie van deze manier van groeien bevorderd”, denkt Chimileski. C. matruchotii mist flagellen, de organellen die bacteriën in staat stellen zich te verplaatsen. Omdat deze bacteriën niet kunnen zwemmen, denken onderzoekers dat hun unieke verlenging en celdeling een manier zijn om hun omgeving te verkennen, vergelijkbaar met myceliumnetwerken in schimmels en Streptomycesbacteriën die in de bodem leven.
Unieke reproductie
“Als deze cellen het vermogen hebben om zich bij voorkeur naar voedingsstoffen of andere soorten te bewegen zou dit ons kunnen helpen begrijpen hoe de ruimtelijke organisatie van tandplakbiofilms ontstaat”, stelt Chimileski.
De onderzoekers waren erg verrast door hun bevindingen. “Wie had gedacht dat onze mond een microbe zou herbergen waarvan de reproductiestrategie vrijwel uniek is in de bacteriële wereld”, aldus Gary Borisy, voormalige directeur van het Marine Biological Laboratory. “De volgende uitdaging is om de betekenis van deze strategie voor de gezondheid van onze mond en ons lichaam te begrijpen.”
