Они связаны со здоровьем полости рта, иммунитетом и, возможно, риском развития рака.
Во рту у почти трех четвертей человечества присутствуют гигантские кольцевые ДНК. До сих пор эти внехромосомные генетические элементы оставались незамеченными, и только теперь, с развитием технологий, их удалось обнаружить.
Кажется, что современная медицина знает об организме все. Но даже за последнее десятилетие были открыты небольшие, ранее неизвестные органы, и есть одна область человеческой биологии, которая сейчас переживает самый настоящий исследовательский бум — микробиом. К нему относятся не только кишечные бактерии, но и микрофлора полости рта.
Авторов нового исследования вдохновили недавние открытия посторонней ДНК в микробиоме почвы. Они изучили большой набор образцов слюны, собранных лабораторией Ютаки Судзуки Высшей школы передовых наук Токийского университета, результатами чего поделились в Nature Communications.
«Мы знаем, что во рту обитает огромное количество разных бактерий, но до сих пор не понимаем, какую работу многие из них выполняют и как именно они это делают. В ходе наших исследований мы нашли Inocles — это пример внехромосомной ДНК. Проще говоря, это такие кусочки ДНК, которые есть у бактерий, но находятся они отдельно от основного генома. Это как если бы к книге скрепкой были приколоты дополнительные странички с комментариями. И мы только начинаем их изучать, чтобы узнать, что в них написано», — объясняет биоинформатик Юя Кигучи.
Находку назвали акронимом Inocle — Insertion sequence encoded; oral origin; circle genomic structure (кольцевой геномный элемент из ротовой полости, кодирующий последовательности вставки).
Обнаружение иноклей было непростой задачей, поскольку обычные методы секвенирования фрагментируют генетические данные, делая невозможным восстановление крупных элементов. Поэтому применили секвенирование нового поколения с длинным прочтением, способное захватывать гораздо более протяженные участки ДНК.
Прорывом стал метод избирательного удаления человеческой ДНК из образцов слюны, которой там более 95%. Это улучшило качество секвенирования длинных участков остальных ДНК и позволило не только собрать полные геномы Inocle, но и установить их хозяина, которым оказалась бактерия Streptococcus salivarius.
«Средний размер генома Inocle составляет 350 килобаз (мера длины генетических последовательностей в тысячах оснований), что делает его одним из крупнейших внехромосомных генетических элементов в микробиоме человека. Плазмиды, другие формы внехромосомной ДНК, имеют размер в лучшем случае несколько десятков килобаз, — говорит Кигучи. — Такая большая длина наделяет Inocles генами для различных функций, включая устойчивость к окислительному стрессу, репарацию повреждений ДНК и гены, связанные с клеточной стенкой, возможно, участвующие в адаптации к внеклеточному стрессовому ответу».
Исследователи намерены разработать стабильные методы культивирования бактерий, содержащих Inocle. Это поможет разобраться, как функционируют инокли, могут ли они передаваться между людьми и как влияют на состояние здоровья полости рта, в том числе кариес и заболевания десен. В работе предполагается сочетать лабораторные эксперименты и компьютерное моделирование.
«Учитывая разнообразие индивидов, предоставивших образцы слюны, мы полагаем, что носителями Inocles 74% могут быть всех людей. Несмотря на то, что микробиом ротовой полости изучается давно, из-за технологических ограничений Inocles оставались все это время незамеченными. Теперь, когда мы знаем об их существовании, можно начать исследовать, как они влияют на взаимоотношения между человеком, его резидентными микробами и здоровьем полости рта. И есть даже некоторые намеки на то, что Inocles могут служить маркерами серьезных заболеваний, таких как рак», — заключил Кигучи.