Koloni Corynebacterium matruchotii. Kredit: Scott Chimileski, MBL
WOODS HOLE, Massachusetts — Mulut manusia lebih dari sekadar untuk mengunyah dan berbicara. Mulut juga merupakan rumah bagi lebih dari 500 spesies bakteri yang berbeda. Seperti adegan dalam film “Osmosis Jones,” mikroorganisme ini hidup dalam komunitas terstruktur yang disebut biofilm. Ekosistem yang kompleks ini bergantung pada bakteri untuk menjaga populasinya tetap utuh melalui pembelahan sel, dengan satu sel induk membelah menjadi dua sel anak.
Namun, tidak semua bakteri mengikuti aturan pembelahan sel. Para ilmuwan baru-baru ini mengamati jenis pembelahan sel yang unik di Bakteri Corynebacterium matruchotii (C. matruchotii), salah satu bakteri utama dalam plak gigi. Alih-alih membelah menjadi dua, bakteri tersebut pecah menjadi beberapa sel, sebuah proses pembelahan ganda yang langka. Penemuan ini dipublikasikan dalam jurnal Prosiding Akademi Ilmu Pengetahuan Nasional.
Alih-alih membelah menjadi dua sel, tim menemukan C. matruchotii dibagi menjadi 14 sekaligus! Sel-sel hanya tumbuh di salah satu ujung filamen induk, juga dikenal sebagai “perpanjangan ujung.” Filamen di C. matruchotii berkumpul bersama dan kumpulan bakteri yang saling menempel di permukaan membentuk biofilm. Dalam hal ini, C. matruchotii menggumpal dalam plak gigi sehingga menjadikannya salah satu dari banyak komunitas mikroba dalam tubuh manusia.
“Itu Bakteri Corynebacterium Sel-sel dalam plak gigi bagaikan pohon besar yang rimbun di hutan; mereka menciptakan struktur spasial yang menyediakan habitat bagi banyak spesies bakteri lain di sekitar mereka,” kata Jessica Mark Welch, ilmuwan senior di ADA Forsyth dan ilmuwan tambahan di Laboratorium Biologi Kelautan Universitas Chicago, dalam rilis media.
“Biofilm ini seperti hutan hujan mikroskopis. Bakteri dalam biofilm ini berinteraksi saat mereka tumbuh dan membelah. Kami pikir hal yang tidak biasa ini C. matruchotii Siklus sel memungkinkan spesies ini membentuk jaringan yang sangat padat di inti biofilm,” tambah Scott Chimileski, seorang ilmuwan peneliti di MBL dan penulis utama studi baru tersebut.
C. matruchotii berbeda dengan spesies bakteri lainnya karena tidak memiliki flagela. Flagela adalah pelengkap tipis seperti rambut yang membantu bakteri bergerak. Tanpa flagela, bakteri tidak dapat bergerak bebas. Sebagai kompensasinya, para peneliti percaya C. matruchotiiPembelahan sel multipel yang berevolusi dan tubuh yang memanjang untuk menjelajahi lingkungan sekitar. Hal ini mirip dengan tindakan yang diambil dari jaringan miselium pada jamur dan Streptomyces bakteri dalam tanah.
“Jika sel-sel ini memiliki kemampuan untuk bergerak secara istimewa ke arah nutrisi atau ke arah spesies lain untuk membentuk interaksi yang menguntungkan — ini dapat membantu kita memahami bagaimana organisasi spasial dari biofilm plak terbentuk,” kata Dr. Chimileski.
Temuan baru ini memperluas penelitian sebelumnya yang mempelajari bagaimana C. matruchotii sel bertahan hidup, bersaing untuk mendapatkan sumber daya dengan sumber daya lainnya, dan membantu membangun komunitas mikroba kompleks yang ditemukan dalam plak gigi. Dalam sebuah makalah tahun 2016, para peneliti menggunakan teknik pencitraan yang disebut CLASI-FISH (pelabelan kombinasi dan hibridisasi fluoresensi pencitraan spektral in situ) untuk memetakan bagaimana lapisan terorganisir dalam plak gigi dari donor yang sehat. Plak tersebut memiliki tampilan “landak” yang unik karena bakteri menggumpal bersama. Salah satu temuan utama adalah C. matruchotii sel yang bertindak sebagai fondasi bagi struktur landak.
Dokter gigi menyarankan untuk menyikat gigi dua kali sehari, yang membantu menghilangkan plak gigi. Namun, biofilm selalu muncul kembali, tidak peduli seberapa sering Anda menyikat gigi. Para ilmuwan kini memahami bahwa hal ini disebabkan oleh C. matruchotiistrategi pembelahan sel yang tidak biasa. Ketika para ilmuwan mengukur sel, mereka menemukan C. matruchotii Koloni dapat tumbuh hingga setengah milimeter per hari.
Ada yang lain Bakteri Corynebacterium Spesies yang hidup di dalam tubuh manusia, seperti pada kulit dan rongga hidung. Namun, mereka tidak memiliki penampilan dan kemampuan yang sama untuk membelah melalui beberapa pembelahan.
“Ada sesuatu tentang habitat plak gigi yang sangat padat dan kompetitif ini yang mungkin telah mendorong evolusi cara pertumbuhan ini,” simpul Chimileski.
Tantangan berikutnya adalah mencari tahu bagaimana evolusi strategi reproduksi bakteri ini memengaruhi mulut kita dan bagian tubuh lainnya.
Ringkasan Makalah
Metodologi
Para peneliti menggunakan kombinasi mikroskopi sel hidup selang waktu dan asam amino D fluoresen untuk memvisualisasikan pertumbuhan dan pembelahan Bakteri Corynebacterium matruchotiibakteri yang ditemukan dalam plak gigi. Bakteri tersebut ditumbuhkan pada bantalan agarosa dalam kondisi terkendali yang menirukan lingkungan mulut. Penanda fluoresensi memungkinkan para ilmuwan melacak penggabungan bahan dinding sel baru selama pertumbuhan dan pembelahan sel, yang menyoroti area biosintesis peptidoglikan aktif. Pendekatan inovatif ini memberikan wawasan tentang bagaimana bakteri memanjang melalui ekstensi ujung dan menjalani beberapa pembelahan simultan untuk membelah menjadi beberapa sel anak sekaligus. Penelitian ini juga melibatkan biofilm multispesies untuk memahami interaksi antara berbagai bakteri mulut.
Hasil Utama
Temuan utama dari penelitian ini adalah bahwa Bakteri Corynebacterium matruchotii tumbuh dengan cara memanjang di salah satu kutub sel dan kemudian membelah secara bersamaan menjadi beberapa sel anak, suatu proses yang dikenal sebagai pembelahan ganda. Penelitian tersebut mengamati bahwa bakteri ini dapat menghasilkan antara 3 dan 14 sel anak sekaligus, tergantung pada panjang sel aslinya. Pembelahan cepat ini memungkinkan bakteri untuk membentuk struktur filamen panjang di dalam plak gigi, yang membantunya bersaing untuk mendapatkan ruang dan sumber daya.
Para peneliti juga menemukan bahwa sel anak baru dengan cepat mulai tumbuh menjadi filamen yang lebih tipis, melanjutkan proses perluasan koloni. Strategi pertumbuhan dan pembelahan yang unik ini memberikan C. matruchotii keunggulan kompetitif dalam mikrobioma mulut yang populasinya padat.
Keterbatasan Studi
Meskipun penelitian ini menyoroti pembelahan sel yang unik C. matruchotiihal ini dibatasi oleh lingkungan buatan tempat bakteri diamati. Kondisi laboratorium yang terkontrol, seperti bantalan agarosa dan media nutrisi, mungkin tidak sepenuhnya mereplikasi kondisi kompleks mulut manusia, tempat bakteri berinteraksi dengan berbagai spesies mikroba dan faktor lingkungan lainnya. Selain itu, meskipun penanda fluoresensi memberikan wawasan berharga tentang biosintesis dinding sel, penanda tersebut mungkin tidak menangkap setiap aspek pertumbuhan dan pembelahan bakteri secara langsung.
Diskusi & Kesimpulan
Penelitian ini memberikan kontribusi yang signifikan terhadap pemahaman kita tentang pertumbuhan dan morfologi bakteri, khususnya dalam konteks biofilm plak gigi. Penemuan bahwa Bakteri Corynebacterium matruchotii membelah melalui beberapa pembelahan daripada pembelahan biner yang lebih umum memperluas pengetahuan kita tentang strategi reproduksi bakteri.
Temuan ini mungkin memiliki implikasi yang lebih luas bagi ekologi mikroba, karena kemampuan untuk menghasilkan banyak sel anakan secara cepat dapat menjadi faktor penting dalam cara bakteri berkolonisasi dan mendominasi ceruk tertentu. Dalam mikrobioma oral, di mana ruang dan nutrisi terbatas, pembelahan cepat ini dapat membantu C. matruchotii mempertahankan peran strukturalnya dalam biofilm. Studi ini juga membuka pintu bagi penelitian lebih lanjut tentang bagaimana morfologi bakteri memengaruhi organisasi spasial komunitas mikroba.
Pendanaan & Pengungkapan
Studi ini didukung oleh NIH (National Institutes of Health) berdasarkan penghargaan R01 DE022586 dan NSF (National Science Foundation) berdasarkan penghargaan 2245229. Para penulis telah menyatakan tidak ada benturan kepentingan.
