Στο στόμα μας ζουν πολλά βακτήρια με θετικές και αρνητικές επιδράσεις στην στοματική όσο και στη συνολική μας υγεία.
Οι ερευνητές του Πανεπιστημίου Stanford ανακάλυψαν μια νέα μορφή γιγαντιαίων εξωχρωμοσωμικών στοιχείων (ExtraChromosomal Elements - ECEs) στο στοματικό μικροβίωμα, τα οποία ονόμασαν Inocles. Τα Inocles είναι μεγάλα κυκλικά μόρια DNA (μήκους έως 395 kb), που εντοπίζονται σε βακτήρια του γένους Streptococcus και υπάρχουν στο στόμα περίπου του 74% των ανθρώπων.
Η ερευνητική ομάδα ονόμασε αυτά τα γιγαντιαία κομμάτια DNA "Inocles", από τα αρχικά των λέξεων insertion sequence encoded; oral origin; circle genomic structure (κωδικοποιημένη αλληλουχία εισαγωγής· στοματικής προέλευσης· κυκλική γονιδιακή δομή).
Τα βακτήρια που συμβιώνουν με τον ανθρώπινο σώμα εκτίθενται σε διάφορους στρεσογόνους παράγοντες, όπως ο ανταγωνισμός για θρεπτικά συστατικά, τα φάρμακα, τα αντιβιοτικά και οι ανοσολογικές αποκρίσεις του ανθρώπινου οργανισμού. Για να επιβιώσουν, διευρύνουν την προσαρμοστική τους ικανότητα στις περιβαλλοντικές πιέσεις, αποκτώντας επιπλέον γονίδια. Τα κινητά γενετικά στοιχεία (Mobile genetic elements - MGEs) είναι ο κύριος μηχανισμός μέσω του οποίου τα βακτήρια αποκτούν τέτοια γονίδια. Τα ενσωματωμένα και συζευκτικά στοιχεία (Integrative and conjugative elements - ICEs) και τα τρανσποζόνια είναι ενδοχρωμοσωμικά MGEs που μεταφέρουν αυτά τα γονίδια ενσωματώνοντας τις αλληλουχίες τους στο βακτηριακό χρωμόσωμα. Επιπλέον, τα βακτήρια αποκτούν γονίδια μέσω εξωχρωμοσωμικών στοιχείων (ECEs), τα οποία είναι ανεξάρτητα από το χρωμόσωμα. Οι έρευνες σε παθογόνα βακτήρια έχει δείξει ότι τα ECEs, όπως τα πλασμίδια, προσδίδουν ανθεκτικότητα στο περιβάλλον — συμπεριλαμβανομένης της αντοχής στα αντιβιοτικά. Αυτό υποδηλώνει ότι τα ECEs ενισχύουν την προσαρμοστική ικανότητα των συμβιωτικών βακτηρίων του ανθρώπου και άρα την επιβίωσή τους. Η γενετική τους ποικιλομορφία και οι λειτουργικοί τους ρόλοι στην προσαρμοστικότητα παραμένουν σε μεγάλο βαθμό άγνωστοι. Μία τέτοια οικογένεια είναι τα inocles.
Τα Inocles φέρουν μια σειρά γονιδίων που συμβάλλουν στην ανοχή σε κυτταρικό στρες, όπως οξειδωτικό στρες και βλάβες DNA, καθώς και στη βιοσύνθεση και τροποποίηση του κυτταρικού τοιχώματος που εμπλέκεται στις αλληλεπιδράσεις με τα επιθηλιακά κύτταρα του στόματος. Επιπλέον, εμφανίζουν σημαντικά θετικές συσχετίσεις με κύτταρα και πρωτεΐνες του ανοσοποιητικού που ανταποκρίνονται σε μικροβιακές λοιμώξεις στο περιφερικό αίμα.
Το πιο αξιοσημείωτο χαρακτηριστικό των Inocles είναι το μεγάλο τους μέγεθος, καθιστώντας τα ένα από τα μεγαλύτερα ECEs που έχουν εντοπιστεί σε ανθρώπινα συμβιωτικά βακτήρια. Βάσει της νουκλεοτιδικής τους σύστασης, ταξινομούνται ως μεγαπλασμίδια. Τα μεγαπλασμίδια έχουν εντοπιστεί σε αρκετά ανθρώπινα παθογόνα και φέρουν πολλαπλά γονίδια αντοχής σε αντιβιοτικά, αυξάνοντας την ανθεκτικότητα και τη μολυσματική τους ικανότητα. Ωστόσο, τα Inocles δεν φέρουν γνωστά γονίδια ανθεκτικότητας, γεγονός που υποδηλώνει ότι προσφέρουν διαφορετικά οφέλη στα βακτήρια-ξενιστές τους σε σχέση με τα γνωστά μεγαπλασμίδια.
Τα ORFs (γονίδια ανοικτού αναγνωστικού πλαισίου) των Inocles κωδικοποιούν ποικιλία πρωτεϊνών απόκρισης σε στρες. Τα Inocles αποτελούν βασικό παράγοντα ανθεκτικότητας σε σκληρά περιβάλλοντα, όπως σε οξειδωτικό στρες και βλάβες DNA στο στοματικό περιβάλλον.
Ένα επιπλέον χαρακτηριστικό των Inocles είναι ότι περίπου 20% όλων των γονιδίων σχετίζονται με λειτουργίες του κυτταρικού τοιχώματος/μεμβράνης, και ότι οι πρωτεΐνες αυτές εμπλέκονται στην προσκόλληση των βακτηρίων Streptococcus στα ανθρώπινα επιθηλιακά κύτταρα.
Ένα από τα σημαντικότερα σημεία της μελέτης είναι το γεγονός ότι τα Inocles είναι λιγότερο συχνά σε ασθενείς με καρκίνο κεφαλής-τραχήλου και παχέος εντέρου, γεγονός που υποδηλώνει πως μπορεί να χρησιμοποιηθούν ως νέος βιοδείκτης για καρκίνους του γαστρεντερικού συστήματος. Στην έρευνα παρατηρήθηκε σαφή θετική συσχέτιση των inocles με τα Β κύτταρα και με ανοσολογικές αντιδράσεις έναντι παθογόνων. Μια πιθανότητα είναι ότι τα άτομα θετικά σε Inocle είναι λιγότερο πιθανό να αναπτύξουν ορισμένους καρκίνους, λόγω της ήδη ενισχυμένης ανοσολογικής τους κατάστασης, η οποία μπορεί να είναι μη ευνοϊκή για την ανάπτυξη καρκίνου.
Γιατί όμως τα Inocles ανακαλύφθηκαν μόλις τώρα;
Οι περισσότερες γενετικές μελέτες σε βακτήρια χρησιμοποιούν την τεχνολογία του short-read sequencing. Αυτή η μέθοδος περιλαμβάνει τον τεμαχισμό του DNA σε μικρότερα κομμάτια, την ανάγνωση των αλληλουχιών τους και τη συναρμολόγησή τους σε ένα πλήρες γονιδίωμα μέσω υπολογιστικών εργαλείων. Αν και η μέθοδος αυτή μπορεί εύκολα να εντοπίσει μικρά ECEs, όπως τα τυπικά βακτηριακά πλασμίδια, τα Inocles είναι υπερβολικά μεγάλα και πολύπλοκα για να ανιχνευθούν με αυτές τις τεχνικές.
Οι μελέτες για το μικροβίωμα του ανθρώπινου σώματος, έχουν καταδείξει τον σημαντικό του ρόλο στην υγεία μας. Αν και έχουν εντοπίσει τα είδη και τις αναλογίες των διαφορετικών μικροβίων που ζουν σε μέρη όπως το στόμα και το έντερο, και τα γονιδιώματα αυτών των ειδών έχουν μελετηθεί εκτενώς, οι συμβατικές γενετικές αναλύσεις δεν έχουν ακόμη εξηγήσει πλήρως όλες τις συνδέσεις μεταξύ του μικροβιώματος και της δικής μας υγείας.
Το επόμενο βήμα της ερευνητικής ομάδας είναι να τα καλλιεργήσει στο εργαστήριο για να μελετήσει περαιτέρω τη λειτουργικότητά και τη διασπορά τους.
