6 دقیقه
حلقه‌های بسیار بزرگ DNA در میکروبیوم دهان
پژوهشگران حلقه‌های بسیار بزرگی از DNA را که توسط باکتری‌های دهان انسان حمل می‌شوند شناسایی کرده‌اند؛ این حلقه‌ها ممکن است بر سلامت دهان و تعاملات ایمنی تأثیر بگذارند و با نرخ کمتر بعضی از سرطان‌ها مرتبط باشند. این عناصر ژنتیکی دایرهای که «اینوکلز» (Inocles) نامیده شدهاند، به نظر می‌رسد یک کلاس جدید از DNA خارجکروموزومی بسیار بزرگ شبیه پلاسمید باشند که در گونههای استرپتوکوکوس که حفره دهان را کلونیزه می‌کنند یافت شدهاند.
محققان دانشگاه توکیو رهبری این مطالعه را بر عهده داشتند که برای اولین بار اینوکلز را توصیف کرد. به گفتهٔ تیم، این حلقه‌ها مانند بسته‌های ژنی ماژولار عمل می‌کنند و به باکتریها کمک می‌کنند در محیط پراسترس و متغیر دهان سازگار شوند — عملاً ابزارهای بقای اضافی فراتر از کروموزوم اصلی باکتری. همان‌طور که میکروبیولوژیست ارشد پروژه توضیح می‌دهد، بررسی میکروبیوم دهان مکانیسم‌های ژنتیکی زیادی را نشان می‌دهد که هنوز به‌خوبی شناخته نشده‌اند؛ اینوکلز لایه‌ای تازه و پیش‌تر دیده‌نشده به این پیچیدگی اضافه میکند.
اینوکلز در باکتری‌های استرپتوکوکوس یافته شد. (Kiguchi et al., Nat. Commun., 2025)
چگونه این عناصر کشف شدند و چقدر شایعاند
این کشف با یک تحلیل توالییابی متمرکز از بزاق ۵۶ داوطلب آغاز شد. برای ارزیابی میزان شيوع این ساختارها، تیم سپس مجموعهٔ گسترده‌تری شامل ۴۷۶ نمونه بزاق را غربال کرد. نتایج نشان می‌دهد که تقریباً سهچهارم افراد نمونه‌برداری‌شده دارای اینوکلز در باکتری‌های دهانی خود بوده‌اند و این موضوع حاکی از حضور معمول این عناصر در میکروبیوم دهان است.
یکی از چالش‌هایی که شناخت اینوکلز را به تأخیر انداخت، اندازهٔ بسیار بزرگ آنها بود. جریان‌های کاری رایج توالییابی کوتاه‌خوان، DNA را به قطعات کوچک تقسیم می‌کنند که سرهمبندی حلقه‌های بسیار بزرگ را دشوار می‌سازد. برای غلبه بر این مشکل، پژوهشگران یک خط لولهٔ ویژه به نام preNuc توسعه دادند که پیش از توالییابی DNA انسانی را از نمونههای بزاق حذف میکند و سرهمبندی ژنوم باکتریایی و عناصر خارجکروموزومی بزرگ را به‌طرز چشم‌گیری ساده‌تر می‌نماید. با استفاده از این روش، میانگین طول اینوکلز حدود ۳۵۰ کیلوباز جفت (kbp) اندازه‌گیری شد — که تقریباً یک مرتبه بزرگتر از بسیاری از پلاسمیدهای معمول است که معمولاً ده‌ها کیلوباز جفت‌اند.
ژنها، عملکردها و اثرات محافظتی ممکن
محتوای عملکردی
طول گسترش‌یافتهٔ اینوکلزها حامل ژن‌هایی است که بهطور محتمل در بقا و سازگاری باکتری در دهان نقش دارند: سامانه‌هایی برای مقاومت در برابر استرس اکسیداتیو، مسیرهایی مرتبط با تعمیر آسیب‌های DNA، و ژنهای مرتبط با دیوارهٔ سلولی که می‌توانند پاسخ به استرس‌های خارجی را تنظیم کنند. این عملکردها نشان می‌دهد که اینوکلز ممکن است به سویه‌های استرپتوکوکوس کمک کنند تا در مواجهه با حملات ایمنی، نوسانات pH و قرارگرفتن در معرض مولکول‌های واکنش‌پذیر در حفرهٔ دهان تاب‌آور‌تر باشند.
ارتباط با سرطان
بهطور غیرمنتظره، نمونههای بزاق افراد مبتلا به سرطانهای سر و گردن، حاوی مقدار قابلتوجهی اینوکلز کمتری نسبت به نمونههای افراد بدون سرطان بودند. این همبستگی اشاره‌ای به نقش محافظتی بالقوهٔ این عناصر دارد — یا به‌صورت مستقیم بر خطر تومور موضعی تأثیر می‌گذارد و یا بهطور غیرمستقیم بازتاب‌دهندهٔ تغییرات وسیع‌تری در اکولوژی دهان است که با سرطان همراه است. با این حال، رابطهٔ علیت ثابت نشده است: کاهش تعداد اینوکلز ممکن است نتیجهٔ خودِ سرطان یا درمان آن باشد، یا عامل سومی ممکن است هم خطر سرطان و هم حضور این حلقه‌های DNA را تحتتأثیر قرار دهد.
سوالات باز و پژوهشهای آینده
گام‌های کلیدی بعدی شامل مطالعات عملکردی برای تعیین دقیق نقش ژنهای اینوکلز در فیزیولوژی باکتریایی؛ آزمایش‌هایی برای بررسی اینکه آیا این عناصر می‌توانند بین باکتریها یا بین افراد منتقل شوند؛ و مطالعه‌های طولی برای آزمون اینکه آیا اینوکلزها خطر سرطان، التهاب دهان یا پاسخ‌های ایمنی سیستمیک را تحتتأثیر قرار میدهند یا خیر. تیم قصد دارد رفتار اینوکلزها را تحت استرس اکسیداتیو بررسی کند، امکان انتشار آنها از طریق انتقال افقی ژن را بسنجد و پایداری آنها را در میزبان‌های مختلف ارزیابی کند.
دیدگاه یک متخصص
دکتر لنا مورالس، ژنتیک‌شناس میکروبی و رابط علمی: "یافتن اینوکلز مانند کشف پیوست‌هایی است که قبلاً در کتابِ میکروبیوم دهان پنهان مانده بودند. اندازهٔ این عناصر به آنها اجازه می‌دهد ماژول‌های کاملی را حمل کنند که می‌تواند رفتار باکتریها را به‌صورت بالینی معنادار تغییر دهد. اولویت حالا حرکت از همبستگی به مکانیزم است: آزمایش‌های کنترل‌شده در آزمایشگاه و کوهورت‌های طولی طراحی‌شده به‌دقت خواهند گفت که آیا این حلقه‌ها نظاره‌گر، نشانگر زیستی یا بازیگران فعال در سلامت و بیماری هستند."
نتیجه‌گیری
اینوکلز فهم ما از DNA خارجکروموزومی در میکروبیوم انسان را گسترش می‌دهد و حلقه‌های بزرگی شبیه پلاسمید را نشان می‌دهد که در استرپتوکوکوس‌های مرتبط با دهان شایعاند. محتوای ژنی آنها نشاندهندهٔ نقش‌هایی در مقاومت در برابر استرس و تعمیر DNA است و دادههای اولیهٔ جمعیتی کاهش اینوکلزها را در افراد مبتلا به سرطانهای سر و گردن نشان می‌دهد — همبستگی‌ای که نیازمند پیگیری مکانیزمی دقیق است. پیشرفت‌ها در آماده‌سازی نمونه و توالییابی، مانند رویکرد preNuc، برای این کشف حیاتی بودند و احتمالاً عناصر ژنتیکی بزرگ دیگری را در میکروبیوم‌های دیگر آشکار خواهند کرد. پژوهشهای ادامه‌دار مشخص خواهند کرد که آیا می‌توان از اینوکلزها به‌عنوان نشانگرهای زیستی یا اهداف درمانی برای بیماری‌های دهانی و سیستمیک بهره برد.
منبع: sciencealert
نظرات