В микробиоме полости рта человека обнаружены ранее неизвестные гигантские фрагменты ДНК. Научная группа, совершившая открытие, назвала их «инокли» (inocles), что является акронимом от «insertion sequence encoded; oral origin; circle genomic structure». Эти структуры существуют отдельно от основного генома бактерий и, как выяснилось, связаны с работой иммунной системы человека и наличием некоторых видов рака.
Инокли представляют собой тип гигантских внехромосомных элементов (ECE). Это означает, что они являются участками ДНК, не входящими в основную хромосому бактерии. Для сравнения, в клетках человека таким элементом является митохондриальная ДНК, а у бактерий наиболее известным примером малого ECE служат плазмиды. Исследование показало, что инокли присутствуют в микробиоме полости рта примерно у 74% обследованных людей.
Открытие стало возможным благодаря технологическому прогрессу в генетическом анализе. Ранее инокли оставались незамеченными, поскольку большинство исследований использовали технологию короткочитаемого секвенирования ДНК, которая разрезает геном на мелкие части. Этот метод неэффективен для идентификации крупных и сложных структур. В данном исследовании применялось длинночитаемое секвенирование — более дорогостоящий и трудоемкий процесс, позволяющий анализировать значительно более крупные сегменты ДНК.
Исследование было проведено в лаборатории Ютаки Сузуки (Yutaka Suzuki) в Токийском университете. Ведущим автором статьи, опубликованной 11 августа в журнале Nature Communications, является Юя Кигучи (Yuya Kiguchi), который в настоящее время работает исследователем в Стэнфордском университете. Ученые использовали образцы слюны сотен людей для обнаружения иноклей и сопоставляли генетические данные с анализом образцов крови тех же людей для установления связи с иммунной системой.
В ходе работы была установлена прямая связь между иноклями и иммунитетом. Исследователи обнаружили, что различия в уровнях содержания иноклей в образцах слюны коррелируют с различиями в работе иммунной системы человека, включая иммунный ответ организма на определенные бактериальные и вирусные инфекции.
Наиболее значимым результатом стала связь иноклей с онкологическими заболеваниями. В исследовании приняли участие 68 человек с раком головы и шеи или колоректальным раком. У этих пациентов наблюдались значительно более низкие уровни иноклей в микробиоме полости рта по сравнению со здоровыми людьми. Это открытие указывает на потенциальное использование иноклей в качестве будущих биомаркеров для диагностики рака.
Проведению этого исследования предшествовал тот факт, что традиционный генетический анализ не мог объяснить все известные связи между микробиомом и здоровьем человека. Вдохновением для ученых послужило недавнее обнаружение гигантских внехромосомных элементов у почвенных бактерий, что подтолкнуло их к поиску подобных структур в человеческом организме.
Флойд Дьюхерст (Floyd Dewhirst), профессор Института ADA Forsyth, не принимавший участия в исследовании, прокомментировал его для издания Live Science. Он назвал эту работу «новым кусочком головоломки» в понимании взаимосвязи между микробиомом и здоровьем человека.
В настоящее время команда исследователей ставит перед собой новую цель — вырастить инокли в лабораторных условиях. Это необходимо для дальнейшего изучения их функций и понимания механизмов, с помощью которых они могут распространяться между различными видами бактерий и, возможно, даже между людьми.
Изображение носит иллюстративный характер
Инокли представляют собой тип гигантских внехромосомных элементов (ECE). Это означает, что они являются участками ДНК, не входящими в основную хромосому бактерии. Для сравнения, в клетках человека таким элементом является митохондриальная ДНК, а у бактерий наиболее известным примером малого ECE служат плазмиды. Исследование показало, что инокли присутствуют в микробиоме полости рта примерно у 74% обследованных людей.
Открытие стало возможным благодаря технологическому прогрессу в генетическом анализе. Ранее инокли оставались незамеченными, поскольку большинство исследований использовали технологию короткочитаемого секвенирования ДНК, которая разрезает геном на мелкие части. Этот метод неэффективен для идентификации крупных и сложных структур. В данном исследовании применялось длинночитаемое секвенирование — более дорогостоящий и трудоемкий процесс, позволяющий анализировать значительно более крупные сегменты ДНК.
Исследование было проведено в лаборатории Ютаки Сузуки (Yutaka Suzuki) в Токийском университете. Ведущим автором статьи, опубликованной 11 августа в журнале Nature Communications, является Юя Кигучи (Yuya Kiguchi), который в настоящее время работает исследователем в Стэнфордском университете. Ученые использовали образцы слюны сотен людей для обнаружения иноклей и сопоставляли генетические данные с анализом образцов крови тех же людей для установления связи с иммунной системой.
В ходе работы была установлена прямая связь между иноклями и иммунитетом. Исследователи обнаружили, что различия в уровнях содержания иноклей в образцах слюны коррелируют с различиями в работе иммунной системы человека, включая иммунный ответ организма на определенные бактериальные и вирусные инфекции.
Наиболее значимым результатом стала связь иноклей с онкологическими заболеваниями. В исследовании приняли участие 68 человек с раком головы и шеи или колоректальным раком. У этих пациентов наблюдались значительно более низкие уровни иноклей в микробиоме полости рта по сравнению со здоровыми людьми. Это открытие указывает на потенциальное использование иноклей в качестве будущих биомаркеров для диагностики рака.
Проведению этого исследования предшествовал тот факт, что традиционный генетический анализ не мог объяснить все известные связи между микробиомом и здоровьем человека. Вдохновением для ученых послужило недавнее обнаружение гигантских внехромосомных элементов у почвенных бактерий, что подтолкнуло их к поиску подобных структур в человеческом организме.
Флойд Дьюхерст (Floyd Dewhirst), профессор Института ADA Forsyth, не принимавший участия в исследовании, прокомментировал его для издания Live Science. Он назвал эту работу «новым кусочком головоломки» в понимании взаимосвязи между микробиомом и здоровьем человека.
В настоящее время команда исследователей ставит перед собой новую цель — вырастить инокли в лабораторных условиях. Это необходимо для дальнейшего изучения их функций и понимания механизмов, с помощью которых они могут распространяться между различными видами бактерий и, возможно, даже между людьми.
