Zespół naukowców z Uniwersytetu Tokijskiego dokonał przełomowego odkrycia, które może zmienić sposób, w jaki postrzegamy mikrobiom jamy ustnej. Badacze zidentyfikowali nieznane dotąd gigantyczne fragmenty DNA występujące w bakteriach zamieszkujących ludzkie usta. Te niezwykłe struktury nazwano inocles, a ich obecność może mieć znaczący wpływ na działanie układu odpornościowego, a nawet na rozwój niektórych nowotworów.
Czym właściwie są inocles?
Inocles to duże, koliste fragmenty DNA znajdujące się poza głównym genomem bakteryjnym – tzw. elementy pozachromosomowe (ang. extrachromosomal elements, ECEs). W przeciwieństwie do zwykłych chromosomów, nie są one częścią głównej struktury genetycznej komórki, lecz funkcjonują niezależnie, podobnie jak znane wcześniej plazmidy.
Dotąd naukowcy sądzili, że ogromne elementy pozachromosomowe występują jedynie u bakterii glebowych. Jednak zespół kierowany przez Yutakę Suzukiego wykazał, że podobne struktury można znaleźć także w mikroorganizmach bytujących w ludzkiej jamie ustnej.
Nazwa inocles pochodzi od angielskiego skrótu: insertion sequence encoded; oral origin; circle genomic structure – co oznacza „sekwencję DNA o pochodzeniu z jamy ustnej i kolistym genomie”. Według autorów badań, te fragmenty mogą pełnić ważną rolę w regulacji interakcji pomiędzy mikrobiomem a ludzkim organizmem.
Jak je odkryto?
Odkrycie inocles było możliwe dzięki zastosowaniu nowoczesnych technik sekwencjonowania DNA. Większość dotychczasowych badań mikrobiomu opierała się na tzw. sekwencjonowaniu krótkich odczytów (short-read sequencing), które pozwala analizować jedynie niewielkie fragmenty genomu. Metoda ta, choć szybka i tania, nie umożliwia identyfikacji bardzo dużych struktur genetycznych.
Zespół Suzukiego wykorzystał jednak metodę długoodczytową (long-read sequencing), która pozwala na analizę znacznie dłuższych fragmentów DNA. To właśnie dzięki niej badacze zauważyli, że w bakteriach jamy ustnej istnieją ogromne, koliste cząsteczki DNA – niebędące częścią głównego genomu.
Analiza próbek śliny pochodzących od setek uczestników wykazała, że aż 74% badanych osób posiadało inocles w swoim mikrobiomie jamy ustnej. Oznacza to, że te struktury są powszechne, choć do tej pory pozostawały niezauważone.
Obejrzyj też: Jak powstaje nowy lek.
Związek inocles z układem odpornościowym
Odkrycie tych gigantycznych fragmentów DNA to nie tylko ciekawostka biologiczna. Naukowcy zauważyli, że poziom inocles w organizmie może być powiązany z funkcjonowaniem układu odpornościowego.
Porównując dane z próbek śliny i krwi, badacze odkryli, że różnice w ilości inocles odpowiadają różnicom w aktywności komórek odpornościowych. Osoby, u których stwierdzono niższy poziom tych struktur, wykazywały osłabioną odpowiedź immunologiczną na infekcje bakteryjne i wirusowe.
To odkrycie otwiera zupełnie nowy kierunek badań nad relacją pomiędzy mikrobiomem a odpornością. Być może inocles uczestniczą w komunikacji pomiędzy mikroorganizmami a ludzkim układem immunologicznym – pomagając w utrzymaniu równowagi lub przeciwnie, sprzyjając rozwojowi stanów zapalnych.
Inocles a nowotwory: możliwy biomarker raka?
Jeszcze ciekawsze są wyniki dotyczące potencjalnego związku inocles z chorobami nowotworowymi. W badaniu uczestniczyły także osoby cierpiące na raka głowy i szyi oraz raka jelita grubego. Okazało się, że w ich mikrobiomie jamy ustnej poziom inocles był wyraźnie niższy niż u osób zdrowych.
To spostrzeżenie sugeruje, że obecność lub brak inocles może stanowić biomarker wskazujący na ryzyko rozwoju niektórych nowotworów. Choć mechanizm tego zjawiska pozostaje nieznany, naukowcy przypuszczają, że struktury te mogą uczestniczyć w procesach regulujących odpowiedź immunologiczną. Ich niedobór może sprzyjać rozwojowi komórek rakowych.
Co dalej z badaniami nad inocles?
Zespół Yuya Kiguchiego – współautora badania, obecnie związanego z Uniwersytetem Stanforda – planuje kolejne eksperymenty, które mają na celu poznanie funkcji inocles i sposobów ich przenoszenia między bakteriami. Naukowcy chcą również sprawdzić, czy te struktury mogą w jakikolwiek sposób wpływać bezpośrednio na komórki ludzkiego organizmu.
„Teraz, gdy wiemy, że inocles istnieją, możemy spróbować zrozumieć ich rolę w zdrowiu i chorobie” – podkreśla profesor Floyd Dewhirst z ADA Forsyth Institute, komentując wyniki badań.
Jeśli uda się potwierdzić ich funkcję, inocles mogą stać się kluczem do opracowania nowych metod diagnostyki lub terapii – zarówno w chorobach zakaźnych, jak i onkologicznych.
Nowy rozdział w badaniach nad mikrobiomem?
Odkrycie inocles pokazuje, że mimo intensywnych badań nad mikrobiomem, ludzki organizm wciąż kryje wiele tajemnic. Mikrobiom jamy ustnej, który wpływa na zdrowie całego organizmu, okazuje się znacznie bardziej złożony, niż przypuszczano.
Naukowcy są zgodni, że te niezwykłe struktury DNA stanowią brakujące ogniwo w zrozumieniu, w jaki sposób bakterie w naszych ustach mogą wpływać na odporność, metabolizm i rozwój chorób.
W przyszłości inocles mogą pomóc stworzyć zupełnie nowe narzędzia diagnostyczne, pozwalające ocenić ryzyko chorób jeszcze zanim pojawią się objawy. Jedno jest pewne – odkrycie tych tajemniczych fragmentów DNA otwiera nowy rozdział w nauce o ludzkim mikrobiomie i zdrowiu.
Magdalena Starczak
Źródło: https://www.livescience.com/health/mysterious-chunks-of-dna-called-inocles-could-be-hiding-in-your-mouth