Гигантские элементы ДНК обнаружены во рту человека

Фото из открытых источников

Исследователи сделали удивительное открытие: инокли – гигантские элементы ДНК, которые ранее не были обнаружены. По-видимому, они играют ключевую роль в адаптации бактерий к постоянно меняющейся среде полости рта. Результаты исследования открывают новые возможности для понимания того, как бактерии полости рта колонизируют и сохраняют свои бактерии в организме человека, что может иметь важное значение для исследований здоровья, болезней и микробиома.

Можно подумать, что современная медицина знает о человеческом организме всё. Но даже за последнее десятилетие были обнаружены небольшие, ранее неизвестные органы, и есть одна область биологии человека, которая в настоящее время переживает исследовательский ренессанс — микробиом. Сюда входят такие известные области, как микробиом кишечника, а также микробиом полости рта. Вдохновлённые отчасти недавними открытиями посторонней ДНК в микробиоме почвы, научный сотрудник проекта Юя Кигучи и его команда обратили своё внимание на большой набор образцов слюны, собранных в Лаборатории Ютаки Сузуки Высшей школы передовых наук Токийского университета. Они задались вопросом, могут ли они обнаружить что-то подобное в человеческой слюне.

«Мы знаем, что в микробиоме полости рта обитает множество различных видов бактерий, но многие их функции и способы их реализации до сих пор неизвестны», — сказал Кигучи. «Исследуя это, мы обнаружили Inocles, пример внехромосомной ДНК — фрагментов ДНК, которые существуют в клетках, в данном случае в бактериях, но за пределами их основной ДНК. Это как найти книгу с прикреплёнными к ней дополнительными сносками, и мы только начинаем их читать, чтобы узнать, для чего они нужны».

Обнаружение Inocles было непростой задачей, поскольку традиционные методы секвенирования фрагментируют генетические данные, что делает невозможным реконструкцию крупных элементов. Чтобы преодолеть это, команда применила передовые методы длинных прочтений секвенирования, которые позволяют захватывать гораздо более длинные участки ДНК. Ключевой прорыв был совершен соавтором Нагисой Хамамото, который разработал метод preNuc для выборочного удаления человеческой ДНК из образцов слюны, значительно повысив качество секвенирования длинных участков другой ДНК. Это позволило исследователям впервые собрать полные геномы Inocle, которые, как оказалось, принадлежали бактерии Streptococcus salivarius, хотя идентификация самого хозяина была сложной задачей.

«Средний размер генома Inocle составляет 350 килобаз, что является мерой длины генетических последовательностей, поэтому он является одним из крупнейших внехромосомных генетических элементов в микробиоме человека. Плазмиды, другие формы внехромосомной ДНК, имеют длину не более нескольких десятков килобаз», — сказал Кигучи. «Такая большая длина наделяет Inocle генами, отвечающими за различные функции, включая устойчивость к окислительному стрессу, репарацию повреждений ДНК и гены, связанные с клеточной стенкой, которые, возможно, участвуют в адаптации к внеклеточному стрессу».

Целью команды является разработка стабильных методов культивирования бактерий, содержащих Inocle. Это позволит им изучить функционирование Inocles, их способность передаваться от человека к человеку и их влияние на заболевания полости рта, такие как кариес и заболевания дёсен. Поскольку многие гены Inocle остаются неизученными, исследователи будут использовать сочетание лабораторных экспериментов и компьютерного моделирования, такого как AlphaFold, для прогнозирования и моделирования возможных функций Inocles.

«Примечательно, что, учитывая разнообразие человеческой популяции, представленной в образцах слюны, мы полагаем, что 74% всех людей могут быть носителями иноклов. И хотя микробиом полости рта изучается уже давно, иноклы всё это время оставались скрытыми из-за технологических ограничений», — сказал Кигучи. «Теперь, когда мы знаем об их существовании, мы можем начать изучать, как они формируют взаимосвязь между человеком, его микробами и здоровьем полости рта. Есть даже некоторые намёки на то, что иноклы могут служить маркерами серьёзных заболеваний, таких как рак».