Важным шагом в понимании роли оральных бактерий в здоровье и болезнях является определение того, сколько различных видов живет во рту здоровых людей и где именно в ротовой полости они обычно обитают.Используя новый вычислительный метод, называемый олиготипированием, разработанный ассистентом научного сотрудника MBL А. Муратом Эреном, ученые проанализировали данные о последовательности генов из девяти участков полости рта. Данные были предоставлены Проектом микробиома человека (HMP), усилием Национального института здоровья, который произвел перепись бактериальных популяций из 18 участков тела более чем у 200 здоровых людей.
ДНК в этих образцах была секвенирована из гена бактерий, кодирующего рибосомную РНК, называемого геном 16S рРНК или 16S.До сих пор понимание биомедицинского значения данных HMP было затруднено из-за ограниченного таксономического разрешения. «Различные виды бактерий могут иметь очень похожие последовательности гена 16S, иногда отличающиеся только одним основанием ДНК в области, которая была секвенирована, и ошибки в секвенировании ДНК также могут создавать различия в одной или нескольких основаниях ДНК», — говорит соавтор исследования. -автор Джессика Марк Уэлч, младший научный сотрудник MBL.Хотя набор данных HMP использовался для идентификации бактерий в широком смысле на уровне родов, он никогда не использовался для более точной идентификации бактерий на уровне видов. «Эта группировка на уровне родов означала, что многие бактерии со сходной ДНК, но очень разными ролями в микробиоме человека, были объединены вместе, что ограничивало полезность данных», — говорит Марк Уэлч.
Используя олиготипирование, Эрен, Марк Уэлч и их коллеги Гэри Бориси из Института Форсайта и Сьюзан Хьюз из Университета Брауна повторно проанализировали данные гена HMP 16S из зубного налета, слюны и поверхностей языка, щек, десен, твердого неба. миндалины и горло. Они обнаружили близкородственные, но разные бактерии, живущие на языке, деснах и зубном налете.
Например, бактерии в слюне и твердом небе, миндалинах и горле напоминали бактерии языка, а бактерии на щеке были похожи на бактерии на деснах. Бактерии из зубного налета ниже линии десен также были обнаружены на миндалинах, что свидетельствует о том, что миндалины обеспечивают бескислородную среду, в которой эти бактерии могут расти и вступать в контакт с иммунной системой человека.При олиготипировании были обнаружены виды бактерий, которые различались всего лишь одним основанием ДНК в метке последовательности.
Эти различия в гене 16S не изменили свойств бактерий, но выступили в качестве маркеров более крупных изменений в другом месте бактериального генома, которые, по мнению исследователей, приводят к различным бактериальным свойствам, которые заставляют бактерии предпочитать одну часть рта другой. .«Эти разные бактерии присутствовали в данных все время, но их нельзя было различить, потому что они были так похожи друг на друга — скрыты на виду и выявлены с помощью олиготипирования», — говорит Марк Уэлч. «Этот метод предлагает лучшее понимание распределения точно определенных таксонов во рту и демонстрирует ранее не признанный уровень экологического и функционального биоразнообразия. Способность извлекать максимум информации из данных секвенирования открывает новые возможности для анализа динамики микробиома ротовой полости человека ".
Эрен применил метод олиготипирования для улучшения таксономического разрешения в других бактериальных сообществах, в том числе из сточных вод, из морских губок и из океанской воды. Исследователи говорят, что этот метод позволяет анализировать микробиомы целиком, различать тесно связанные, но разные таксоны и, в сочетании с анализом среды обитания, дает более глубокое представление о микробных сообществах в отношении здоровья и болезней. «Разнообразие естественных бактерий продолжает впечатлять нас, и наше исследование демонстрирует, что всестороннее понимание микробной экологии с помощью маркерных генов требует нашего внимания к тонким нуклеотидным вариациям», — говорит Эрен. «Я ожидаю, что олиготипирование экологически важной информации помогло нам оправиться от микробиома ротовой полости человека, что заинтригует других исследователей, чтобы они еще раз взглянули на свои наборы данных микробиома».