В полости рта бактерии постоянно испытывают давление: конкуренцию за нутриенты, воздействие лекарств, антибиотиков и врожденные/адаптивные иммунные реакции хозяина. Одним из ключевых инструментов их быстрой адаптации служат внехромосомные элементы (extrachromosomal elements, ECEs) – мобильные кольцевые ДНК, родственные плазмидам. Однако стандартные метагеномные протоколы, основанные на использовании коротких прочтений и ориентированные на поиск похожих последовательностей в базах данных, систематически теряют крупные и непохожие на известные последовательности элементы.
Авторы разработали простой, но эффективный прием preNuc: перед лизисом бактериальный осадок из слюны обрабатывают нуклеазой, чтобы удалить внеклеточную, преимущественно человеческую ДНК. В результате доля прочтений, полученных с человеческого генома, снизилась с ≈90% до ≈40%, что в купе с длинными «бактериальными» прочтениями (PromethION) обеспечило сборку высокомолекулярных кольцевых контингов, которые раньше распадались на фрагменты из‑за вставочных последовательностей (IS) и гипервариабельных участков.
Авторы разработали простой, но эффективный прием preNuc: перед лизисом бактериальный осадок из слюны обрабатывают нуклеазой, чтобы удалить внеклеточную, преимущественно человеческую ДНК. В результате доля прочтений, полученных с человеческого генома, снизилась с ≈90% до ≈40%, что в купе с длинными «бактериальными» прочтениями (PromethION) обеспечило сборку высокомолекулярных кольцевых контингов, которые раньше распадались на фрагменты из‑за вставочных последовательностей (IS) и гипервариабельных участков.
Открытие Inocle
В 56 образцах слюны методом нанопорового секвенирования было обнаружено новое семейство внутриклеточных ECE. Элементы получили название Inocle (Insertion sequence encoded; oral origin; circle genomic structure). Это кольцевые последовательности ДНК длиной до 395 кб со средней длиной ≈352 кб и ~300 открытыми рамками считывания. По использованию кодонов и GC-составу они ближе к плазмидам Streptococcus, но формируют отдельный кластер, то есть представляют новый тип мегаплазмид.
Ключом к расширенному поиску стал консервативный маркерный ген InoC (≈454 а.к.), несущий N‑концевой домен репликации‑релаксации (PF13814). Используя этот ген для филогенетического анализа, было выявлено 29 типов Inocle, которые относятся к одному из 4х типов: α, β, γ или δ. Группы различаются по размеру, GC‑содержанию (у δ ниже, ≈24% против ≈32% у остальных), числу tRNA и насыщенности IS‑элементами (у α наибольшая), что свидетельствует о разной эволюционной истории и динамике расширения репертуара генов.
Было показано, что глобально Inocle присутствует у ≈74% людей; чаще в Индонезии (до 90%), реже в Японии (≈64%). Есть особенности и у распределения таксоны по ротовой полости: Inocle‑α чаще на спинке языка, Inocle‑β/δ – на слизистой щек, Inocle‑γ – в области десен.
Функциональная аннотация генов Inocle выявила их необычайно широкий спектр участия в стрессовых реакциях бактерий. Значительная доля генетической информации, закодированной в этих элементах, направлена на обеспечение устойчивости к окислительному стрессу и эффективной репарации ДНК — критически важных процессов для выживания в условиях постоянного иммунного давления. Более того, Inocle содержат регуляторные последовательности, влияющие на транскрипцию как собственных, так и бактериальных генов, что позволяет их носителям гибко адаптироваться к меняющейся среде.
Особое внимание привлекает тот факт, что около пятой части генов Inocle кодируют структурные белки клеточной стенки. Среди них выделяются бифункциональные трансгликозилазы, сортазы и белки с характерным LPXTG-мотивом. Эти молекулярные машины обеспечивают укрепление клеточной стенки и создают механизмы для специфического прикрепления к эпителиальным поверхностям. Такая организация позволяет бактериям не только устойчиво колонизировать слизистые оболочки, но и частично защищаться от иммунного распознавания и последующей атаки.
Ключом к расширенному поиску стал консервативный маркерный ген InoC (≈454 а.к.), несущий N‑концевой домен репликации‑релаксации (PF13814). Используя этот ген для филогенетического анализа, было выявлено 29 типов Inocle, которые относятся к одному из 4х типов: α, β, γ или δ. Группы различаются по размеру, GC‑содержанию (у δ ниже, ≈24% против ≈32% у остальных), числу tRNA и насыщенности IS‑элементами (у α наибольшая), что свидетельствует о разной эволюционной истории и динамике расширения репертуара генов.
Было показано, что глобально Inocle присутствует у ≈74% людей; чаще в Индонезии (до 90%), реже в Японии (≈64%). Есть особенности и у распределения таксоны по ротовой полости: Inocle‑α чаще на спинке языка, Inocle‑β/δ – на слизистой щек, Inocle‑γ – в области десен.
Функциональная аннотация генов Inocle выявила их необычайно широкий спектр участия в стрессовых реакциях бактерий. Значительная доля генетической информации, закодированной в этих элементах, направлена на обеспечение устойчивости к окислительному стрессу и эффективной репарации ДНК — критически важных процессов для выживания в условиях постоянного иммунного давления. Более того, Inocle содержат регуляторные последовательности, влияющие на транскрипцию как собственных, так и бактериальных генов, что позволяет их носителям гибко адаптироваться к меняющейся среде.
Особое внимание привлекает тот факт, что около пятой части генов Inocle кодируют структурные белки клеточной стенки. Среди них выделяются бифункциональные трансгликозилазы, сортазы и белки с характерным LPXTG-мотивом. Эти молекулярные машины обеспечивают укрепление клеточной стенки и создают механизмы для специфического прикрепления к эпителиальным поверхностям. Такая организация позволяет бактериям не только устойчиво колонизировать слизистые оболочки, но и частично защищаться от иммунного распознавания и последующей атаки.
Дата публикации: 2025.09.10
Первоисточник:
Kiguchi Y. et al. Giant extrachromosomal element "Inocle" potentially expands the adaptive capacity of the human oral microbiome. Nat Commun. 2025 Aug 11;16(1):7397. doi: 10.1038/s41467-025-62406-5. PMID: 40790024; PMCID: PMC12340149.
https://www.nature.com/articles/s41467-025-62406-5
Первоисточник:
Kiguchi Y. et al. Giant extrachromosomal element "Inocle" potentially expands the adaptive capacity of the human oral microbiome. Nat Commun. 2025 Aug 11;16(1):7397. doi: 10.1038/s41467-025-62406-5. PMID: 40790024; PMCID: PMC12340149.
https://www.nature.com/articles/s41467-025-62406-5