Учёные секвенировали геном бактерии из полости рта человека

Исследователи собрали воедино участки ДНК из 12 отдельных клеток, чтобы секвенировать геном бактерии, обитающей в здоровой полости рта человека.

Эти новые данные о части тела, считающейся "биологической тёмной материей", позволили укрепить теорию о том, что гены у близкородственной бактерии могут быть виновниками её способности вызывать тяжёлое заболевание дёсен — периодонтит.

Почему "тёмная материя"? Более 60% бактерий в полости рта человека отказываются расти в лабораторной чашке, а значит, они никогда не были классифицированы, названы или изучены. Недавно секвенированная бактерия Tannerella BU063 — одна из тех, кого до сих пор не удавалось успешно культивировать, и её геном обозначен как "самый разыскиваемый" в рамках Human Microbiome Project.

Федеральный проект Human Microbiome Project нацелен на углубление исследований о микробах, играющих роль в здоровье и болезнях. Те 12 клеток BU063 — хороший пример сложности жизни во рту: они были взяты у одного здорового человека, но представляли восемь различных штаммов этой бактерии.

BU063 тесно связана с патогеном Tannerella forsythia, бактерией, ассоциированной с периодонтитом. Несмотря на "родство", исследование выявило явные различия в их генетическом составе.

Гены, отсутствующие у BU063, но присутствующие у forsythia — и, следовательно, вероятно, являющиеся секретом её вирулентности — теперь определены как хорошие цели для дальнейшего изучения.

"Одна из интригующих вещей в этом исследовании — возможность проводить случайные поиски среди других бактерий, уровень которых выше при периодонтите. Мы искали гены, которые присутствуют у этих бактерий и у forsythia, но отсутствуют у BU063. Есть один конкретный генный комплекс в целом списке этих связанных с периодонтитом бактерий, который может быть вовлечён в вирулентность", — сказал ведущий автор исследования Клиффорд Билл.

Периодонтит развивается, когда обширное воспаление или инфекция дёсен распространяется и повреждает структуры, поддерживающие зубы, включая кость. Карманы, образующиеся между десной и зубами, заполнены различными бактериями. Лечение обычно включает глубокую чистку или операцию по удалению этих инфицированных карманов. Поскольку с болезнью связано множество бактерий, антибиотики не считаются эффективным лечением.

Хотя многие бактерии из этих карманов собраны и хотя бы частично идентифицированы, их характеристики остаются загадкой.

"Мы думаем, что некоторые из генетических различий, обнаруженных в этом исследовании, важны, но до сих пор неясно, что делают все эти гены. То есть мы всё ещё не знаем, почему определённые бактерии при периодонтите изначально являются патогенными. В целом обстоятельства, связанные с периодонтитом, изучены не очень хорошо", — отметил Билл.

Для этого исследования коллеги Билла из Oak Ridge National Laboratory собрали образец материала из-под дёсен одного здорового человека. Там исследователи выделили 12 отдельных бактериальных клеток BU063, создали дополнительные копии ДНК каждой клетки и отправили их Биллу.

Билл секвенировал геномы всех 12 клеток и, используя сегменты генома из отдельных клеток или их групп, собрал полный геном для BU063.

Сборка этого генома сама по себе была достижением, но более важной целью было узнать больше о forsythia. Учёные обнаружили, что, хотя геном BU063 более похож на геном forsythia, чем любой другой известный геном, между ними 44% разница в генном содержании.

Исследование также поддержало существующую теорию о том, что три гена могут быть связаны со способностью forsythia вызывать болезнь, поскольку они отсутствуют у BU063. Два из них потенциально могут повреждать ткани и инактивировать иммунный ответ, а третий является молекулой на поверхности клетки, которая взаимодействует с человеческими клетками.

При сравнении с другими организмами, связанными с хроническим периодонтитом, Билл также идентифицировал генный кластер, присутствующий у forsythia и этих других патогенов, но отсутствующий в геноме BU063.

Билл отметил, что был удивлён, обнаружив, что 12 клеток из одного рта представляли восемь разных штаммов вида бактерий BU063.

"Мы ожидаем, что у людей во рту будет 150–200 видов бактерий, но у них могут быть все эти слои под ними — 20 маленьких вариантов, по крайней мере, такая возможность существует на основе этого организма. Это может показать, что наш микробиом ещё сложнее, чем мы думали ранее".

Исследование опубликовано в журнале PLOS ONE.