Исследование разнообразия и влияния плазмид широкого круга хозяев в кишечнике человека

Кишечник человека содержит сложную экосистему с обширным плазмидомом, состоящим из множества неоткрытых плазмид, которые управляют горизонтальным переносом генов.

Плазмиды широкого круга хозяев (broad host range, BHR), несущие гены приспособленности, могут передаваться между бактериями филогенетически далёких таксонов, помогая своим хозяевам адаптироваться к разным условиям. Однако точная идентификация таких плазмид в кишечнике остаётся сложной задачей, а их круг хозяев и распространённость неясны.

Группа под руководством профессора Ма Инфэя из Шэньчжэньского института передовых технологий Китайской академии наук идентифицировала и охарактеризовала плазмиды, выделенные из бактериальных культур кишечника человека. Учёные детально изучили их точный круг хозяев, способность сохраняться в кишечнике, набор дополнительных генов, распространённость в разных средах, а также пути передачи и эволюции.

В исследовании, опубликованном в Nucleic Acids Research, учёные собрали 820 кластеров, похожих на плазмиды (plasmid-like clusters, PLCs), с геномами высокой степени полноты (comPLCs). «Большинство PLCs (81,1%) были отнесены к известным типам репликонов, что говорит о высоком разнообразии и новизне кишечных плазмид», — сообщила первый автор работы Ян Лили.

Было обнаружено, что 175 comPLCs имеют широкий круг хозяев среди разных родов бактерий. Из них 71 плазмида была обнаружена как минимум в двух популяциях людей из четырёх удалённых стран, а 13 были широко распространены (>10%) хотя бы в одной популяции. Самый «широкий» кластер (Clstr-417) мог распространяться среди изолятов от доноров из Китая и США, охватывая 24 рода из пяти типов (phyla). Некоторые PLCs настолько вездесущи, что их можно обнаружить у разных видов и даже в сточных водах.

Эволюционный анализ показал, что распространение BHR-плазмид между типами бактерий и в окружающей среде происходит крайне быстро: все случаи передачи произошли 0–10 лет назад, причём плазмиды многократно колонизировали кишечник отдельных людей. «Мы выяснили, что эти BHR-плазмиды могут нести множество различных адаптивных генов, а отдельные PLCs — даже до семи генов устойчивости к антибиотикам», — отметил профессор Ма.

Профессор Ма рассматривает и другие возможности для BHR-плазмид: «У них также может быть большой потенциал для редактирования генома комменсальных микробов кишечника и бактериофагов, для которых сейчас не хватает инструментов редактирования».