Учёные обнаружили в кишечнике человека скрытый генетический элемент, который может служить чувствительным биомаркером

Международная команда под руководством профессора А. Мурата Эрена из Института функционального морского биоразнообразия имени Гельмгольца (HIFMB) сообщает в журнале Cell, что загадочная плазмида pBI143 является одним из самых многочисленных генетических элементов в кишечнике человека.

Что такое плазмиды?

Плазмиды — это небольшие внехромосомные последовательности ДНК, распространённые в клетках всех доменов жизни. Они могут обмениваться между разными бактериальными клетками и даже между разными типами бактерий. Некоторые плазмиды несут гены, кодирующие устойчивость к антибиотикам. Другие, так называемые «скрытые плазмиды», не содержат генов с очевидной пользой для хозяина и остаются загадкой в микробной экологии.

Открытие с помощью машинного обучения

Идентификация плазмид в метагеноме — совокупности генетического материала из окружающей среды — была сложной задачей. Используя новый подход машинного обучения (опубликованный в Nature Microbiology), команда выявила более 68 000 плазмид в микрофлоре человека и обнаружила, что скрытая плазмида pBI143 особенно распространена.

Уникальные характеристики pBI143

Плазмида состоит всего из двух генов, которые служат только для её собственной репликации и мобилизации между бактериальными клетками. Анализ 60 000 человеческих и 40 000 экологических метагеномов показал:

• Распространённость: Более 90% людей в промышленно развитых странах являются носителями этой плазмиды.
• Численность: В среднем pBI143 более чем в 10 раз многочисленнее, чем геном вируса, ранее считавшийся самым распространённым внехромосомным элементом в кишечнике.
• Специфичность: Плазмида встречается почти исключительно в кишечнике человека и практически отсутствует в образцах из океанов, почв, растений и пищеварительных органов животных. Её обнаруживали только в средах, подверженных влиянию человека (сточные воды, поверхности в больницах, лабораторные крысы).

Потенциал в качестве биомаркера

Исследователи предположили, что из-за своей численности и специфичности pBI143 может служить высокочувствительным биомаркером.

1. Обнаружение фекального загрязнения: Плазмида оказалась более чувствительным маркером для выявления фекального загрязнения питьевой воды по сравнению с современными методами, основанными на специфических генных последовательностях кишечных бактерий.
2. Диагностика заболеваний: Относительное количество копий этой плазмиды увеличивается почти в 4 раза в кишечнике людей, страдающих воспалительными заболеваниями кишечника (ВЗК), по сравнению со здоровыми людьми. Это позволяет рассматривать её как неинвазивный метод для оценки прогрессирования или тяжести болезни.