В то время как ученые часто используют плазмиды в исследовательской лаборатории, и мы знаем, как бактериальные клетки используют их для передачи генов, например, тех, которые кодируют бактериальную резистентность, их поведение в кишечнике человека мало изучено. Это исследование, о котором сообщалось в журнале Cell, безусловно, откроет много новых исследовательских вопросов, поскольку эта плазмида была обнаружена в кишечнике 90 процентов людей, которые были протестированы.
Несмотря на то, что нам еще многое предстоит узнать об этой плазмиде, авторы исследования предположили, что она потенциально может выступать в качестве биомаркера таких состояний здоровья, как воспалительные заболевания кишечника, а также может быть использована в других ситуациях, например, при анализе фекального загрязнения воды.
Хотя мы знаем о функциях некоторых генов, которые находятся на плазмидах у бактерий, например, тех, которые позволяют бактериальным клеткам уклоняться от лекарств, есть и другие, которые не имеют четкого назначения. Эти так называемые криптические плазмиды иногда называют «генетическими паразитами» и «остаются загадкой в микробной экологии, потому что с эволюционной точки зрения они вообще не должны существовать», — отметил руководитель исследования доктор А. Мурат Эрен, профессор Университета Ольденбурга (HIFMB).
Изучение этих плазмид также является сложной задачей, поскольку их трудно надежно выделить из образцов окружающей среды. Когда ученые изучают бактерии, они, как правило, изучают бактериальные клетки. Но трудно идентифицировать плазмиды в огромном количестве генетического материала, который анализируется в метагеномных исследованиях, которые собирают весь генетический материал в образце вместе, а затем сравнивают его с известными последовательностями, чтобы определить, что находится в образце.
В этой работе исследователи полагались на вычислительные инструменты, о которых сообщалось в журнале Nature Microbiology, чтобы обнаружить более 68 000 плазмид в кишечнике человека. В результате были идентифицированы очень распространенная плазмида под названием pBI143. Дальнейшие исследования показали, что эта плазмида содержит только два гена, которые гарантируют, что плазмида будет реплицироваться и перемещаться в бактериальные клетки. Но явного применения этому веществу в бактериях нет.
Чтобы узнать больше, исследователи оценили метагеномы из 60 000 человеческих и 40 000 образцов окружающей среды. В промышленно развитых странах, по оценкам, более 90 процентов людей имеют эту плазмиду в кишечнике. Она была в десять раз более распространена, чем вирусный геном, который считается наиболее распространенным внехромосомным генетическим элементом в микробиоме человека, сказал Эрен.
Эта плазмида также, по-видимому, является почти исключительной для кишечника человека; Она не была обнаружена в образцах окружающей среды из почвы, растений, океанов или желудочно-кишечного тракта почти всех животных. Тем не менее, она была обнаружена в местах, где люди влияют на окружающую среду, например, на поверхностях в больницах и на моделях лабораторных крыс. Таким образом, она может служить биомаркером фекального загрязнения, предположили исследователи.
Плазмиды также были обнаружены в четыре раза более высокие уровни у людей с воспалительными заболеваниями кишечника (ВЗК) по сравнению с здоровыми людьми. Таким образом, плазмида может показать, протекает ли заболевание или насколько оно тяжелое.