Um dos ecossistemas mais diversos do planeta está mais perto do que você imagina — bem dentro da sua boca. Sua boca é um ecossistema próspero de mais de 500 espécies diferentes de bactérias vivendo em comunidades distintas e estruturadas chamadas biofilmes. Quase todas essas bactérias crescem se dividindo em duas, com uma célula-mãe dando origem a duas células-filhas.

Uma nova pesquisa do Marine Biological Laboratory (MBL) e ADA Forsyth descobriu um mecanismo extraordinário de divisão celular em Corynebacterium matruchotii, uma das bactérias mais comuns que vivem na placa dentária . A bactéria filamentosa não se divide apenas, ela se divide em várias células de uma vez, um processo raro chamado fissão múltipla. A pesquisa foi publicada em Proceedings of the National Academy of Sciences .

A equipe observou células de C. matruchotii se dividindo em até 14 células diferentes de uma vez, dependendo do comprimento da célula-mãe original. Essas células também crescem apenas em um polo do filamento-mãe — algo chamado de "extensão da ponta".

Os filamentos de C. matruchotii agem como um andaime dentro da placa dentária, que é um biofilme. A placa dentária é apenas uma comunidade microbiana dentro de uma imensa população de microrganismos que vivem e coexistem com um corpo humano saudável — um ambiente conhecido como "microbioma humano".

Essa descoberta esclarece como essas bactérias proliferam, competem por recursos com outras bactérias e mantêm sua integridade estrutural dentro do complexo ambiente da placa dentária.

"Os recifes têm corais, as florestas têm árvores e a placa dentária em nossas bocas tem Corynebacterium. As células de Corynebacterium na placa dentária são como uma árvore grande e espessa na floresta; elas criam uma estrutura espacial que fornece o habitat para muitas outras espécies de bactérias ao redor delas", disse a coautora do artigo Jessica Mark Welch, cientista sênior da ADA Forsyth e cientista adjunta do MBL.

"Esses biofilmes são como florestas tropicais microscópicas. As bactérias nesses biofilmes interagem conforme crescem e se dividem. Acreditamos que o ciclo celular incomum de C. matruchotii permite que essa espécie forme essas redes muito densas no núcleo do biofilme", disse Scott Chimileski, cientista pesquisador do MBL e autor principal do artigo.

Esta pesquisa se baseia em um artigo de 2016 que usou uma técnica de imagem desenvolvida no MBL chamada CLASI-FISH (combinatorial labeling and spectral imaging fluorescent in situ hybridization) para visualizar a organização espacial da placa dentária coletada de doadores saudáveis.

Este estudo anterior imaginou consórcios bacterianos dentro da placa dentária, que são chamados de "ouriços" devido à sua aparência. Uma das principais descobertas daquele artigo original foi que células filamentosas de C. matruchotii atuavam como a base da estrutura do ouriço.

O presente estudo se aprofundou na biologia de C. matruchotii, usando microscopia de lapso de tempo para estudar como as células filamentosas crescem. Em vez de apenas capturar um instantâneo dessa floresta tropical microbiana, os cientistas conseguiram obter imagens da dinâmica de crescimento bacteriano do ecossistema em miniatura em tempo real. Eles viram como essas bactérias interagem entre si, usam o espaço e — no caso de C. matruchotii — a maneira incrível como elas crescem.

"Para descobrir como todos os diferentes tipos de bactérias trabalham juntos no biofilme da placa, precisamos entender a biologia básica dessas bactérias, que não vivem em nenhum outro lugar além da boca humana", disse Mark Welch.

Os dentistas recomendam escovar os dentes (e, portanto, remover a placa bacteriana) duas vezes ao dia. No entanto, esse biofilme retorna, não importa o quão diligentemente você escove. Ao extrapolar a partir de experimentos de alongamento celular medidos em micrômetros por hora, os cientistas descobriram que as colônias de C. matruchotii podem crescer até meio milímetro por dia.

Outras espécies de Corynebacterium são encontradas em outras partes do microbioma humano, como a pele e dentro da cavidade nasal. No entanto, as espécies de Corynebacterium da pele e do nariz são células mais curtas, em forma de bastonete, que não são conhecidas por se alongarem por extensão da ponta ou se dividirem por fissão múltipla.

"Algo sobre esse habitat muito denso e competitivo da placa dentária pode ter impulsionado a evolução dessa forma de crescimento", disse Chimileski.

C. matruchotii não tem flagelos, as organelas que permitem que as bactérias se movam. Como essas bactérias não sabem nadar, os pesquisadores acreditam que seu alongamento e divisão celular únicos podem ser uma maneira de explorar seu ambiente, semelhante às redes miceliais vistas em fungos e bactérias Streptomyces que vivem no solo.

"Se essas células têm a capacidade de se mover preferencialmente em direção a nutrientes ou a outras espécies para formar interações benéficas, isso pode nos ajudar a entender como ocorre a organização espacial dos biofilmes de placas ", disse Chimileski.

"Quem imaginaria que nossas bocas familiares abrigariam um micróbio cuja estratégia reprodutiva é virtualmente única no mundo bacteriano", disse o coautor Gary Borisy, pesquisador principal da ADA Forsyth e ex-diretor do Laboratório Biológico Marinho. "O próximo desafio é entender o significado dessa estratégia para a saúde de nossas bocas e nossos corpos."