L’un des écosystèmes les plus diversifiés de la planète est plus proche que vous ne le pensez : il se trouve juste à l’intérieur de votre bouche. Votre bouche est un écosystème florissant de plus de 500 espèces différentes de bactéries vivant dans des communautés distinctes et structurées appelées biofilms. Presque toutes ces bactéries se développent en se divisant [or dividing] en deux, avec une cellule mère donnant naissance à deux cellules filles.
De nouvelles recherches menées par le Laboratoire de biologie marine (MBL) et l’ADA Forsyth ont permis de découvrir un mécanisme extraordinaire de division cellulaire chez Corynebacterium matruchotii, l’une des bactéries les plus courantes vivant dans la plaque dentaire. La bactérie filamenteuse ne se divise pas simplement, elle se divise en plusieurs cellules à la fois, un processus rare appelé fission multiple. La recherche est publié dans Actes de l’Académie nationale des sciences.
L’équipe a observé que les cellules de C. matruchotii se divisaient en 14 cellules différentes à la fois, selon la longueur de la cellule mère d’origine. Ces cellules ne se développent également que sur un pôle du filament mère, ce que l’on appelle « l’extension de la pointe ».
Les filaments de C. matruchotii agissent comme un échafaudage au sein de la plaque dentaire, qui est un biofilm. La plaque dentaire n’est qu’une communauté microbienne au sein d’une immense population de micro-organismes qui vivent et coexistent avec un corps humain sain, un environnement connu sous le nom de « microbiome humain ».
La bactérie filamenteuse Corynebacterium matruchotii se divise en plusieurs cellules à la fois, un type rare de division cellulaire appelé fission multiple. C. matruchotii est l’une des bactéries les plus courantes vivant dans la plaque dentaire humaine. Crédit : Scott Chimileski, MBL. Voir Chimileski et al (2024), PNAS.
Cette découverte met en lumière la manière dont ces bactéries prolifèrent, rivalisent avec d’autres bactéries pour les ressources et maintiennent leur intégrité structurelle dans l’environnement complexe de la plaque dentaire.
« Les récifs coralliens contiennent des coraux, les forêts des arbres et la plaque dentaire dans notre bouche contient du Corynebacterium. Les cellules de Corynebacterium dans la plaque dentaire sont comme un grand arbre touffu dans la forêt ; elles créent une structure spatiale qui fournit un habitat à de nombreuses autres espèces de bactéries autour d’elles », a déclaré Jessica Mark Welch, co-auteure de l’article, scientifique principale à l’ADA Forsyth et scientifique adjointe au MBL.
« Ces biofilms sont comme des forêts tropicales microscopiques. Les bactéries de ces biofilms interagissent au fur et à mesure de leur croissance et de leur division. Nous pensons que le cycle cellulaire inhabituel de C. matruchotii permet à cette espèce de former ces réseaux très denses au cœur du biofilm », a déclaré Scott Chimileski, chercheur au MBL et auteur principal de l’article.
La forêt microbienne
Cette recherche s’appuie sur un article de 2016 qui utilisait une technique d’imagerie développée au MBL appelée CLASI-FISH (étiquetage combinatoire et imagerie spectrale par hybridation fluorescente in situ) pour visualiser l’organisation spatiale de la plaque dentaire collectée auprès de donneurs sains.
Cette étude antérieure a permis d’obtenir des images de consortiums bactériens au sein de la plaque dentaire, appelés « hérissons » en raison de leur apparence. L’une des principales conclusions de cette étude originale était que les cellules filamenteuses de C. matruchotii agissaient comme base de la structure en hérisson.
L’étude actuelle a approfondi la biologie de C. matruchotii, en utilisant la microscopie accélérée pour étudier la croissance des cellules filamenteuses. Plutôt que de simplement capturer un instantané de cette forêt tropicale microbienne, les scientifiques ont pu imager la dynamique de croissance bactérienne de l’écosystème miniature en temps réel. Ils ont vu comment ces bactéries interagissent entre elles, utilisent l’espace et, dans le cas de C. matruchotii, la façon incroyable dont elles se développent.
« Pour comprendre comment les différents types de bactéries fonctionnent ensemble dans le biofilm de plaque, nous devons comprendre la biologie de base de ces bactéries, qui ne vivent nulle part ailleurs que dans la bouche humaine », a déclaré Mark Welch.
Les dentistes recommandent de se brosser les dents (et donc d’éliminer la plaque dentaire) deux fois par jour. Pourtant, ce biofilm revient malgré toute la diligence avec laquelle on se brosse les dents. En extrapolant à partir d’expériences d’élongation cellulaire mesurées en micromètres par heure, les scientifiques ont découvert que les colonies de C. matruchotii pouvaient croître jusqu’à un demi-millimètre par jour.
D’autres espèces de Corynebacterium se trouvent ailleurs dans le microbiome humain, notamment sur la peau et à l’intérieur de la cavité nasale. Pourtant, les espèces de Corynebacterium de la peau et du nez sont des cellules plus courtes, en forme de bâtonnet, qui ne s’allongent pas par extension de la pointe ou ne se divisent pas par fission multiple.
« Quelque chose dans cet habitat très dense et compétitif de la plaque dentaire pourrait avoir conduit à l’évolution de ce mode de croissance », a déclaré Chimileski.
Croissance exploratoire
Les C. matruchotii sont dépourvues de flagelles, les organites qui permettent aux bactéries de se déplacer. Comme ces bactéries ne savent pas nager, les chercheurs pensent que leur allongement et leur division cellulaire uniques pourraient leur permettre d’explorer leur environnement, à l’instar des réseaux mycéliens observés chez les champignons et les bactéries Streptomyces qui vivent dans le sol.
« Si ces cellules ont la capacité de se déplacer préférentiellement vers les nutriments ou vers d’autres espèces pour former des interactions bénéfiques, cela pourrait nous aider à comprendre comment se produit l’organisation spatiale des biofilms de plaque », a déclaré Chimileski.
« Qui aurait pu imaginer que notre bouche bien connue abriterait un microbe dont la stratégie de reproduction est pratiquement unique dans le monde bactérien », a déclaré Gary Borisy, co-auteur de l’étude, chercheur principal à l’ADA Forsyth et ancien directeur du laboratoire de biologie marine. « Le prochain défi consiste à comprendre la signification de cette stratégie pour la santé de notre bouche et de notre corps. »
Plus d’informations :
Chimileski, Scott et al, Extension de la pointe et fission multiple simultanée dans une bactérie filamenteuse, Actes de l’Académie nationale des sciences (2024). DOI: 10.1073/pnas.2408654121. est ce que je.org/10.1073/pnas.2408654121