Ekosistem mikroba yang bersarang di mulut Anda memberi para ilmuwan alat yang langka untuk mempelajari tentang bagaimana bakteri berkembang biak.

Salah satu bakteri paling umum yang hidup di plak gigi Anda, bakteri berfilamen yang disebut Corynebacterium matruchotii, tidak membelah menjadi dua sel anak seperti kebanyakan pembelahan sel, tetapi menjadi beberapa mikroba baru dalam proses yang lebih langka yang disebut pembelahan ganda.

Dipimpin oleh ahli mikrobiologi Scott Chimileski dari Laboratorium Biologi Kelautan di AS, sekelompok ilmuwan mengamati sel tunggal C. matruchotii yang membelah menjadi hingga 14 sel baru – suatu prestasi yang dapat memberi tahu kita bagaimana organisme ini membentuk perancah yang mendukung inang mikroba lain yang tinggal di mulut Anda.

"Terumbu karang memiliki koral, hutan memiliki pohon, dan plak gigi di mulut kita memiliki Corynebacterium," jelas ahli mikrobiologi Jessica Mark Welch dari ADA Forsyth Institute dan Laboratorium Biologi Kelautan.

"Sel-sel Corynebacterium dalam plak gigi seperti pohon besar yang rimbun di hutan; mereka menciptakan struktur spasial yang menyediakan habitat bagi banyak spesies bakteri lain di sekitarnya."

Sebagian besar bakteri dan archaea bereproduksi melalui proses aseksual yang disebut pembelahan biner. Materi genetik membelah, dan sel itu sendiri kemudian membelah, menghasilkan dua organisme dari yang tadinya satu.

Welch dan rekan-rekannya menjadi tertarik pada cara C. matruchotii berkembang biak setelah melakukan penelitian sebelumnya tentang cara koloni bakteri plak mengatur diri mereka sendiri secara spasial dalam biofilm yang melapisi gigi manusia.

Mikrobioma plak membentuk semacam struktur 'landak' berduri, dengan filamen C. matruchotii sebagai dasarnya.

Untuk mengamati bagaimana struktur ini menambahkan filamen baru, para peneliti menggunakan mikroskopi selang waktu, mengamati secara langsung bagaimana bakteri dalam mikrobioma berinteraksi satu sama lain, hidup berdampingan, berkembang biak, dan tumbuh.

Di sinilah mereka melihat pembelahan sel yang tidak biasa pada C. matruchotii, bukan jenis biner normal, tetapi jauh lebih banyak. Dan pembelahan ini dilakukan dengan cara yang sangat aneh.

Pertama, filamen memanjang hanya di satu ujung, tumbuh jauh lebih panjang dari ukuran sel biasanya.

Pembelahan ini terjadi lima kali lebih cepat daripada spesies Corynebacterium lain yang berkerabat dekat dan hidup di hidung atau di kulit.

Kemudian, sejumlah dinding pemisah yang disebut septa terbentuk secara bersamaan, sebelum sel terpecah menjadi 3 hingga 14 sel anak yang lengkap.

Berkat proses aneh ini, koloni C. matruchotii dapat tumbuh sangat cepat, hingga setengah milimeter per hari – yang mungkin membantu menjelaskan mengapa plak mulai kembali ke gigi Anda dalam hitungan jam, tidak peduli seberapa keras Anda membersihkannya.

"Biofilm ini seperti hutan hujan mikroskopis. Bakteri dalam biofilm ini berinteraksi saat tumbuh dan membelah. Kami pikir siklus sel C. matruchotii yang tidak biasa memungkinkan spesies ini membentuk jaringan yang sangat padat di inti biofilm," kata Chimileski.

"Ada sesuatu tentang habitat plak gigi yang sangat padat dan kompetitif ini yang mungkin mendorong evolusi cara tumbuh ini."

Hal menarik lainnya tentang C. matruchotii yang mungkin mendorong pertumbuhan dan pembelahannya yang aneh adalah ia tidak memiliki flagel; pelengkap seperti cambuk yang digunakan bakteri lain untuk bergerak.

Karena ia tetap di tempatnya, pertumbuhannya yang cepat dapat menjadi sarana untuk menjelajahi lingkungannya dan mencari sumber makanan, kata para peneliti.

Itu bisa jadi cara mikroba memperoleh keunggulan kompetitif di lingkungan mulut manusia yang penuh bakteri.

Namun, peneliti belum pernah melihat yang seperti itu. Ini adalah cara yang sama sekali baru bagi bakteri untuk berkembang biak – dan sudah ada di sini, selama ini, di dalam tubuh kita sendiri.

"Kami mengusulkan bahwa pertumbuhan cepat melalui perluasan ujung dan pembelahan ganda secara bersamaan menjelaskan bagaimana C. matruchotii mengalahkan taksa lain untuk membentuk jaringan filamen di inti biofilm plak gigi," tulis para peneliti dalam makalah mereka.

"Temuan kami melampaui mikrobioma oral, mengungkap siklus sel bakteri yang unik dan contoh bagaimana morfologi sel dan strategi reproduksi dapat memengaruhi organisasi spasial komunitas mikroba."

Temuan tersebut telah dipublikasikan dalam Proceedings of the National Academy of Sciences.