Исследователи из Токийского университета сделали удивительное открытие: в ротовой полости людей были обнаружены Inocles — гигантские элементы ДНК, которые ранее найти не удавалось. По всей видимости, они играют ключевую роль в адаптации бактерий к постоянно меняющейся среде полости рта. Открытие, опубликованное в журнале Nature Communications, позволяет по-новому взглянуть на то, как бактерии в полости рта колонизируют организм человека и сохраняются в нём, что может иметь значение для исследований в области здоровья и микробиома.
Вы можете подумать, что современная медицина знает о человеческом теле всё. Но даже за последнее десятилетие были открыты небольшие, ранее неизвестные органы. Одна из областей биологии человека, которая сейчас является одной из самых популярных, — это микробиом. Сюда входят такие хорошо изученные области, как микробиом кишечника и полости рта. Вдохновившись недавними открытиями в области внеклеточной ДНК в микробиоме почвы, научный сотрудник проекта Юя Кигути и его команда обратили внимание на большую коллекцию образцов слюны. Ученые задались вопросом, можно ли найти что-то подобное в человеческой слюне.
«Мы знаем, что в микробиоме полости рта обитает множество различных видов бактерий, но многие из их функций и способов их выполнения до сих пор неизвестны, — говорит Кигучи. — Изучая этот вопрос, мы обнаружили Inocles — пример внехромосомной ДНК, то есть фрагментов ДНК, которые существуют в клетках, в данном случае в бактериях, но вне их основной ДНК. Это как найти книгу с дополнительными примечаниями, прикреплёнными степлером, и мы только начинаем их читать, чтобы понять, для чего они нужны».
Обнаружить Inocles было непросто, поскольку традиционные методы секвенирования фрагментируют генетические данные, что делает невозможным восстановление крупных элементов. Чтобы решить эту проблему, команда применила передовые методы секвенирования, которые позволяют захватывать гораздо более длинные участки ДНК. Нагиса Хамамото разработал метод preNuc для избирательного удаления ДНК человека из образцов слюны, что значительно повысило качество секвенирования длинных участков ДНК. Это позволило впервые собрать полные геномы бактерий Inocles, которые, как оказалось, относятся к виду Streptococcus salivarius, хотя определить сам вид было непросто.
«Средний размер генома Inocle составляет 350 килобаз — единиц измерения длины генетических последовательностей. Таким образом, это один из крупнейших внехромосомных генетических элементов в микробиоме человека. Плазмиды, другие формы внехромосомной ДНК, имеют длину не более нескольких десятков килобаз, — говорит Кигучи. — Такая длина наделяет Inocle генами, отвечающими за различные функции, в том числе за устойчивость к окислительному стрессу, восстановление повреждений ДНК и гены, связанные с клеточной стенкой, которые, возможно, участвуют в адаптации к внеклеточному стрессу».
Команда стремится разработать стабильные методы культивирования бактерий, содержащих Inocles. Это позволит изучить функции Inocles, выяснить, могут ли они передаваться от человека к человеку и как они влияют на здоровье полости рта, например на развитие кариеса и заболеваний дёсен. Поскольку многие гены Inocles до сих пор не изучены, исследователи будут использовать как лабораторные эксперименты, так и вычислительное моделирование, чтобы спрогнозировать и смоделировать роль Inocles.
«Примечательно, что, учитывая разнообразие человеческой популяции, представленное в образцах слюны, мы полагаем, что Inocles может быть у 74% всех людей. И хотя микробиом полости рта изучается уже давно, Inocles всё это время оставался скрытым из-за технологических ограничений, — сказал Кигучи. — Теперь, когда мы знаем о его существовании, мы можем изучать, как он влияет на взаимоотношения между людьми, их микробами и здоровьем полости рта. Есть предположения, что Inocles могут служить маркерами таких серьёзных заболеваний, как рак.
[Фото: ru.123rf.com]