_ Cercetătorii găsesc genetică criptică element din intestinul uman care ar putea servi drept biomarker sensibil

O componentă a florei intestinale umane care a fost puțin studiată până în prezent este în centrul unui nou studiu din Germania. Plasmidele sunt mici elemente genetice extracromozomiale care apar frecvent în celulele bacteriene și pot influența stilul de viață microbian – totuși diversitatea lor în habitatele naturale este puțin înțeleasă.

O echipă internațională condusă de prof. dr. A. Murat Eren de la Institutul Helmholtz pentru Biodiversitate Funcțională Marină de la Universitatea din Oldenburg (HIFMB) raportează în revista Cell că o plasmidă misterioasă este unul dintre cele mai numeroase elemente genetice din intestinul uman.

Această plasmidă ar putea servi ca un biomarker puternic pentru identificarea pericolelor pentru sănătate, cum ar fi contaminarea cu fecale a apei sau tulburări umane, cum ar fi boala inflamatorie intestinală. Conform analizelor echipei, această plasmidă este prezentă în intestinele a peste 90% dintre indivizii din țările industrializate.

Plasmidele sunt secvențe de ADN extracromozomial care sunt comune celulelor din toate domeniile vieții. Eren le descrie ca fiind „în mod obișnuit entități genetice mici care poartă gene suplimentare”. Ele pot fi schimbate între diferite celule bacteriene și chiar între diferite tipuri de bacterii. Replicarea plasmidelor depinde de celulele lor gazdă, dar ele o compensează oferind gazdelor lor, în unele cazuri, determinanți de fitness extrem de importanți.

De exemplu, unele plasmide conțin gene care codifică rezistența la antibiotice, care își ajută gazdele bacteriene să supraviețuiască antibioticelor, contribuind la una dintre cele mai presante preocupări de sănătate publică din întreaga lume.

Există și alte plasmide care, conform cercetărilor de până acum, nu conțin gene care codifică un beneficiu evident. funcții pentru gazda lor. „Aceste așa-numite „plasmide criptice” sunt adesea denumite paraziți genetici. Ele rămân un mister în ecologia microbiană, deoarece din perspectivă evolutivă nu ar trebui să existe deloc”, explică Eren, informatician și profesor de Ecosystem Data Science la Universitatea din Oldenburg.

Identificarea plasmidelor a fost o întreprindere dificilă până acum. De ceva timp, oamenii de știință au reușit să extragă material genetic direct din probele de mediu și, de exemplu, să analizeze comunitatea microbiană din intestinul uman în întregime, fără a fi nevoie să cultive organisme bacteriene individuale. Cu toate acestea, capacitatea de a distinge cu încredere ce este o plasmidă în acest conglomerat de material genetic, denumit metagenom, reprezintă o provocare considerabilă.

Pentru a rezolva această problemă, Eren și colegii săi au dezvoltat o nouă învățare automată. abordare. După cum relatează echipa într-un alt articol, acesta publicat recent în Nature Microbiology, ei au folosit această abordare pentru a identifica peste 68.000 de plasmide din flora intestinală umană și, de asemenea, au descoperit că o anumită plasmidă criptică numită pBI143 era deosebit de abundentă în setul lor de date.

În studiul publicat în Cell, echipa de cercetători a analizat mai atent această plasmidă, care constă doar din două gene care, în mod surprinzător, servesc doar pentru propria replicare și mobilizare în celulele bacteriene, fără niciun alt beneficiu clar. Pentru a înțelege mai bine ecologia pBI143, echipa a analizat 60.000 de metagenomi umani și 40.000 de mediu generați din diverse habitate.

„Am descoperit că pBI143 are o listă de caracteristici foarte interesante”, explică Eren. Echipa a descoperit că peste 90% dintre oamenii din țările industrializate poartă plasmida și că, în medie, aceasta este una dintre cele mai numeroase entități genetice din intestinul uman. „În medie, a fost de peste 10 ori mai numeros decât un genom viral, despre care se credea anterior că este cel mai abundent element extracromozomial genetic din intestinul uman”, spune cercetătorul.

Analize ulterioare au arătat că Plasmida a apărut aproape exclusiv în intestinul uman, dar a fost practic absentă în seturile de date din alte medii, cum ar fi oceanele, solurile, plantele și organele digestive ale animalelor și fecalele acestora. Singurele alte mostre în care cercetătorii au reușit să detecteze secvența genică caracteristică pentru aceste plasmide a fost în probe din medii care sunt influențate de oameni, cum ar fi apele reziduale, suprafețele spitalelor și șobolanii de laborator.

Datorită lor. Numărul absolut, prevalența la om și conservarea acesteia în rândul populațiilor umane, echipa de cercetători a emis ipoteza că pBI143 ar putea fi, de exemplu, utilizat ca biomarker în testarea contaminării fecale. „De fapt, am reușit să arătăm că această plasmidă este un marker mai sensibil pentru detectarea contaminării fecale în apa potabilă, în comparație cu biomarkerii de ultimă generație, bazați pe secvențe specifice de gene ale bacteriilor intestinale umane”, spune Eren.

Echipa a identificat, de asemenea, o altă aplicație potențială a acestei entități genetice predominante în contextul tulburărilor umane, cum ar fi boala inflamatorie intestinală (IBD), o afecțiune care afectează 3 milioane de oameni numai în Europa. Ei au reușit să demonstreze că numărul relativ de copii ale acestei plasmide criptice a crescut de aproape patru ori în intestinele persoanelor care suferă de IBD în comparație cu intestinele persoanelor sănătoase, sugerând că modificările numărului de copii ale plasmidei pot servi ca un -metoda invazivă pentru a cuantifica progresul sau severitatea bolii.

La HIFMB, echipa lui Eren dezvoltă noi instrumente la intersecția dintre informatică și microbiologie pentru a identifica și caracteriza plasmidele naturale și alte elemente genetice mobile din bacterii care trăiesc în ocean. Ei se străduiesc să înțeleagă mai bine ecologia și evoluția microbilor și strategiile care le permit să răspundă la mediile lor în continuă schimbare pentru noi aplicații biotehnologice care pot ameliora crizele cu care ne confruntăm.

(Fluierul)