Desvendando as Dinâmicas Únicas de Crescimento do Corynebacterium matruchotii: Da Elongação Polar à Fissão Múltipla Simultânea em Biofilmes de Placa Dental
Legenda: O desenvolvimento da microcolônia é impulsionado pelo alongamento do filamento e pela divisão múltipla simultânea. (A) As fases gerais do ciclo celular de C. matruchotii destacadas pelo rastreamento de uma única célula enquanto ela se desenvolve em uma microcolônia. Na fase 1, a célula progenitora se alonga e forma um filamento. O contorno da célula progenitora em t = 0 (roxo) é sobreposto à imagem de 3,5 h. Múltiplos septos então se formam ao longo do filamento (fase 2, setas), e ele se divide em muitas células-filhas simultaneamente, com algumas células-filhas temporariamente ligadas por uma estrutura semelhante a uma dobradiça (fase 3, seta). Após a divisão múltipla, novos filamentos mais finos surgem das células-filhas (fase 4, setas). Após o primeiro evento de divisão, ciclos contínuos de alongamento do filamento, divisão múltipla e crescimento de filamentos filhas impulsionam o crescimento exponencial de uma microcolônia (fase 5). (Barras de escala para os painéis superiores e painéis de detalhe abaixo são 20 e 5 µm, respectivamente.) (B) Dinâmica de crescimento da microcolônia mostrada em (A). Linhas pretas rastreiam eventos de alongamento e divisão (caixas pretas) para células individuais, incluindo a célula progenitora e alguns de seus descendentes. O crescimento geral da microcolônia é expresso pelo número total de células (linha azul) e pela porcentagem da área do campo de visão coberta por células (linha laranja).
Creditos da imagem: Chimileski et al, 2024
No mundo das bactérias, a morfologia celular e a reprodução desempenham papéis cruciais na determinação de como os organismos se adaptam aos seus ambientes. Enquanto a maioria das bactérias se reproduz por fissão binária, onde uma única célula-mãe se divide em duas células-filhas, algumas bactérias empregam estratégias reprodutivas alternativas. Uma dessas bactérias, Corynebacterium matruchotii, exibe um ciclo de crescimento único que envolve fissão múltipla simultânea e extensão da extremidade, o que contribui significativamente para seu papel como um componente estrutural chave nos biofilmes de placa dental.
Corynebacterium matruchotii, uma bactéria filamentosa encontrada na placa dental, apresenta dinâmicas de crescimento distintas que a diferenciam dos modelos bacterianos típicos. Em ambientes naturais como a placa dental, C. matruchotii faz parte de um biofilme complexo com diferentes táxons bacterianos. A formação desse biofilme envolve interações entre diferentes espécies bacterianas, com C. matruchotii atuando como um elemento estrutural crítico que contribui para a integridade estrutural do biofilme.
O estudo de C. matruchotii revelou um ciclo celular complexo caracterizado por crescimento polar rápido e fissão múltipla simultânea. Observações usando microscopia confocal de células vivas com acompanhamento em tempo real, coloração do nucleóide e rastreamento espaço-temporal da biossíntese de peptidoglicano proporcionaram novos insights sobre seus processos celulares. O ciclo de crescimento de C. matruchotii envolve alongamento filamentoso principalmente em um polo da célula, seguido pela formação de múltiplos septos ao longo do filamento, resultando na divisão simultânea em várias células-filhas.
Detalhadamente, os filamentos de C. matruchotii inicialmente se alongam por extensão da extremidade. Durante os estágios finais do crescimento, septos surgem simultaneamente em vários locais ao longo do filamento, levando a um evento de fissão múltipla rápida onde um único filamento se fragmenta em várias células-filhas. Essas células-filhas frequentemente apresentam comprimentos e larguras variadas e podem permanecer parcialmente unidas por estruturas transitórias semelhantes a dobradiças. Após a divisão, novos crescimentos filamentosos surgem das células-filhas, continuando o ciclo de crescimento e contribuindo para a formação de microcolônias.
Os dados mostraram uma considerável heterogeneidade no comprimento dos filamentos e na simetria da divisão. As células-filhas variaram em tamanho, com o comprimento do filamento original antes da divisão influenciando o número de células-filhas resultantes. Essa variabilidade também se estendeu às taxas de alongamento, com as células demonstrando uma gama de velocidades de crescimento que aumentavam com o comprimento do filamento e a largura da extremidade. Especificamente, as taxas de alongamento variaram de 1,5 a 19 µm por hora, destacando a capacidade de crescimento rápido de C. matruchotii.
Ácidos D-amino fluorescentes (FDAAs) usados para visualizar a biossíntese de peptidoglicano revelaram que as células de C. matruchotii se alongam unidirecionalmente em um polo enquanto simultaneamente formam múltiplos septos. A coloração do nucleóide mostrou que durante os eventos de fissão múltipla, os nucleóides se condensam entre os septos em desenvolvimento, enquanto regiões de alongamento ativo exibem nucleóides descondensados.
Em biofilmes naturais, C. matruchotii exibe uma ampla gama de comprimentos e larguras de filamentos, com filamentos se estendendo em orientações diversas e formando estruturas complexas. Esse padrão de crescimento filamentoso contribui para a formação de consórcios em forma de espiga e de ouriço na placa dental, refletindo o papel da bactéria na arquitetura do biofilme e na estrutura da comunidade microbiana.
O ciclo celular de C. matruchotii se distingue de outras bactérias por seu alongamento polar e fissão múltipla simultânea. Esse padrão de crescimento é reminiscente das espécies de Streptomyces, que também passam por extensão da extremidade e múltipla septação. No entanto, ao contrário de outros membros da ordem Mycobacteriales, C. matruchotii não forma esporos termósporos, mas continua a se alongar e a se dividir em novas células vegetativas.
Em resumo, C. matruchotii demonstra um ciclo de crescimento notável caracterizado por extensão da extremidade, fissão múltipla simultânea e substancial variabilidade morfológica. Essas características contribuem para seu papel como um componente estrutural fundamental em biofilmes de placa dental, ressaltando a importância da bactéria na ecologia microbiana e na formação de biofilmes. Estudos futuros provavelmente revelarão fatores moleculares adicionais que influenciam suas dinâmicas de crescimento únicas e elucidarão ainda mais as complexidades de seu ciclo de vida.
Tip extension and simultaneous multiple fission in a filamentous bacterium
Tip extension and simultaneous multiple fission in a filamentous bacterium