Учёные шокированы: в слюне человека найдены гигантские секреты эволюции

Ученые, включая группу из Токийского университета, недавно выявили сенсационные структуры в ротовой полости человека. Речь идет об иноклах — массивных фрагментах ДНК, которые ранее ускользали от внимания исследователей.

Фото: commons.wikimedia.org by Pixabay, https://creativecommons.org/public-domain/pdm/

ДНК

Эти элементы, по всей видимости, помогают бактериям приспосабливаться к колебаниям условий во рту. Полученные результаты позволяют пересмотреть механизмы, с помощью которых микробы закрепляются в организме, что открывает новые горизонты для изучения благополучия, патологий и микрофлоры.

Многие считают, что медицина полностью разобралась с устройством тела, но за последнее десятилетие появлялись неожиданные находки, включая ранее неизвестные органы. Сейчас особый интерес вызывает микробиом — сообщество микроорганизмов, в том числе в кишечнике и полости рта. Идея для исследования возникла после открытий внеклеточной ДНК в почвенном микробиоме.

Специалисты под руководством Юи Кигути обратились к обширной коллекции слюнных проб, собранных в лаборатории Ютаки Судзуки при Высшей школе передовых наук Токийского университета. Они задались целью найти аналогичные структуры в человеческой слюне.

Как отметил Кигучи, в микрофлоре рта обитает множество бактерий, но их роли и механизмы часто остаются неясными.

В процессе анализа была обнаружена внехромосомная ДНК в виде иноклов — это фрагменты, существующие отдельно от основной генетической цепочки бактерий, подобно дополнительным заметкам в книге, значение которых только начинает раскрываться. Обнаружение таких структур оказалось сложной задачей, поскольку стандартные методы генетического анализа разбивают ДНК на мелкие куски, не давая восстановить целостную картину.

Чтобы преодолеть это, команда применила инновационные техники секвенирования с длинными фрагментами.

Значительный вклад внес соавтор Нагиса Хамамото, разработавший подход preNuc для удаления человеческой ДНК из образцов слюны, что улучшило качество анализа. Благодаря этому удалось впервые собрать полные геномы иноклов, ассоциированных с бактериями вида Streptococcus salivarius, хотя идентификация не была простой.

Кигучи подчеркнул, что средний размер иноклов достигает 350 килобаз, что делает их одними из крупнейших внехромосомных элементов в человеческом микробиоме. В отличие от плазмид, которые обычно не превышают нескольких десятков килобаз, иноклы несут гены, отвечающие за защиту от окислительного стресса, ремонт ДНК и адаптацию к внешним воздействиям. Ученые планируют разработать надежные способы культивирования бактерий с этими элементами, чтобы изучить их функции, возможности передачи между людьми и влияние на заболевания, такие как кариес или проблемы с деснами.

Дальнейшие исследования будут включать лабораторные эксперименты и компьютерное моделирование, например, с использованием систем вроде AlphaFold, для прогнозирования ролей иноклов.

Кигучи добавил, что, учитывая разнообразие анализируемых проб, около 74% населения могут быть носителями этих элементов. Несмотря на долгую историю изучения микрофлоры рта, иноклы оставались незамеченными из-за технических ограничений. Теперь это открытие может пролить свет на взаимодействия между человеком, его микробами и здоровьем, а также послужить индикаторами серьезных недугов, включая онкологические заболевания.

Уточнения

Дезоксирибонуклеи́новая кислота́ (ДНК) — макромолекула (одна из трёх основных, две другие — РНК и белки), обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования организмов.