Grup de Cercetări în Medicină Moleculară, Academia Maghiară de Științe, Budapesta, Ungaria, Spitalul de Copii, Școala de Medicină Harvard, Boston, Massachusetts, Statele Unite ale Americii

mâncare

Departamentul de Fizică al Sistemelor Complexe, Universitatea Eötvös, Budapesta, Ungaria, Departamentul de Igienă Animală, Sănătatea Herdelor și Etologie Veterinară, Universitatea Szent István, Budapesta, Ungaria

Departamentul de afiliere pentru fizica sistemelor complexe, Universitatea Eötvös, Budapesta, Ungaria

Departamentul de afiliere pentru fizica sistemelor complexe, Universitatea Eötvös, Budapesta, Ungaria

Departamentul de afiliere pentru fizica sistemelor complexe, Universitatea Eötvös, Budapesta, Ungaria

Departamentul de afiliere pentru fizica sistemelor complexe, Universitatea Eötvös, Budapesta, Ungaria

Afiliere Departamentul 2 de Medicină Internă, Universitatea Semmelweis, Budapesta, Ungaria

Afiliere Departamentul 2 de Medicină Internă, Universitatea Semmelweis, Budapesta, Ungaria

Afiliere Departamentul 2 de Medicină Internă, Universitatea Semmelweis, Budapesta, Ungaria

Grupuri de cercetare în domeniul medicinei moleculare, Academia Maghiară de Științe, Budapesta, Ungaria, Departamentul 2 de Medicină Internă, Universitatea Semmelweis, Budapesta, Ungaria

Spitalul pentru copii de afiliere, Harvard Medical School, Boston, Massachusetts, Statele Unite ale Americii

Centrul de afiliere pentru analiza secvenței biologice, Universitatea Tehnică din Danemarca, Lyngby, Danemarca

Centrul de afiliere pentru analiza secvenței biologice, Universitatea Tehnică din Danemarca, Lyngby, Danemarca

Centrul de afiliere pentru analiza secvenței biologice, Universitatea Tehnică din Danemarca, Lyngby, Danemarca

Grupuri de cercetare în domeniul medicinei moleculare, Academia Maghiară de Științe, Budapesta, Ungaria, Departamentul 2 de Medicină Internă, Universitatea Semmelweis, Budapesta, Ungaria

Departamentul de Fizică al Sistemelor Complexe, Universitatea Eötvös, Budapesta, Ungaria, Departamentul de Fizică și Astronomie, Universitatea Johns Hopkins, Baltimore, Maryland, Statele Unite ale Americii

  • Sándor Spisák,
  • Norbert Solymosi,
  • Péter Ittzés,
  • András Bodor,
  • Dániel Kondor,
  • Gábor Vattay,
  • Barbara K. Barták,
  • Ferenc Sipos,
  • Orsolya Galamb,
  • Zsolt Tulassay

Cifre

Abstract

Sângele nostru este considerat a fi un mediu bine separat de lumea exterioară și de tractul digestiv. Conform paradigmei standard, macromoleculele mari consumate cu alimente nu pot trece direct în sistemul circulator. În timpul digestiei, se crede că proteinele și ADN-ul sunt degradate în constituenți mici, respectiv aminoacizi și acizi nucleici, apoi absorbite de un proces activ complex și distribuite în diferite părți ale corpului prin sistemul de circulație. Aici, pe baza analizei a peste 1000 de probe umane din patru studii independente, raportăm dovezi că fragmentele de ADN derivate din făină, care sunt suficient de mari pentru a transporta gene complete, pot evita degradarea și, printr-un mecanism necunoscut, pot intra în sistemul de circulație uman. Într-una dintre probele de sânge, concentrația relativă a ADN-ului plantei este mai mare decât cea a ADN-ului uman. Concentrația ADN-ului plantei arată o distribuție log-normală surprinzător de precisă în probele de plasmă, în timp ce proba de control non-plasmatică (sânge din cordonul ombilical) sa dovedit a fi lipsită de ADN-ul plantei.

Citare: Spisák S, Solymosi N, Ittzés P, Bodor A, Kondor D, Vattay G, și colab. (2013) Genele complete pot trece de la mâncare la sângele uman. PLOS ONE 8 (7): e69805. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0069805

Editor: Andrew Dewan, Școala de Sănătate Publică din Yale, Statele Unite ale Americii

Primit: 25 septembrie 2012; Admis: 4 iunie 2013; Publicat: 30 iulie 2013

Finanțarea: Mulțumim granturilor OTKA-80177 și OTKA-77779, TECH08: 3dhist08 pentru Biroul Tehnologic Natioanal Maghiar. Finanțatorii nu au avut niciun rol în proiectarea studiului, colectarea și analiza datelor, decizia de publicare sau pregătirea manuscrisului.

Interese concurente: Autorii au declarat că nu există interese concurente.

Introducere

Suntem expuși în mod constant la ADN străin din diverse surse, cum ar fi microbi benigni sau rău intenționați în și pe corpul nostru, polenii din aerul inhalat și ca cea mai mare cantitate cu aprovizionarea zilnică cu alimente. Moleculele ADN sunt omniprezente în număr mare în toate alimentele crude și neprelucrate. În funcție de gradul de prelucrare, în produsul consumat pot fi prezente diferite fracțiuni ale moleculelor de ADN de dimensiuni diferite, chiar și în alimentele procesate, cum ar fi chipsurile de porumb și ciocolata [1].

Sângele nu este liber de ADN. Celulele albe din sânge au nuclee care conțin material genetic, ceea ce conferă partea dominantă a ADN-ului într-o probă completă de sânge. Dincolo de ADN-ul conținut în celulele albe din sânge, plasma sanguină fără celule conține și ADN. Acesta este așa-numitul ADN fără celule circulante (CFDNA), care este o țintă ideală pentru a testa prezența ADN-ului străin, deoarece majoritatea „fundalului” uman este îndepărtat de fracțiunea celulară.

Caracteristicile ADN-ului fără celule

ADN-ul fără celule circulante (cfADN) este definit ca ADN-ul extracelular care apare în fluidele corpului a fost descoperit în fluxul sanguin uman și descris pentru prima dată în 1948 de Mandel și Metais [7], dar originea și rolul său posibil sunt încă controversate. ADNc-urile sunt în majoritate molecule cu catenă dublă, cu dimensiuni ale fragmentelor într-o gamă largă de la 180 bp până la 21 kbp [8], [9]. Fragmentele mai scurte sunt considerate a fi legate de structura histonei octamere și procesul de degradare apoptotică, în timp ce necroza are ca rezultat fragmente mult mai mari. Prin fagocitoza celulelor apoptotice macrofagele pot elibera fragmentele de ADN degradate în fluxul sanguin. Aceste fragmente de CFDNA circulă sub formă de complexe nucleoproteice și la indivizii sănătoși, partea principală a CFDNA se găsește adsorbită la suprafața celulelor sanguine [10], [11].

Concentrația de ADNc la persoanele sănătoase este cuprinsă între 0 și 100 ng/ml cu o medie de 13 3 ng/ml. Acest nivel este crescut cu un ordin de mărime în diferite tipuri de cancer până la o medie de 180 38 ng/ml [12]. Modul în care CFDNA circulant este apoi eliminat din sânge rămâne necunoscut în general, dar metabolismul nucleotidic modificat a fost observat la pacienții cu tumori. Conform acestei ipoteze, creșterea concentrației de ADNc este cauzată de activitatea DNasei reduse în plasma tumorii [13] și, într-adevăr, tratamentul șoarecilor tumorali cu doze foarte mici de nucleaze a redus semnificativ metastazele hepatice și pulmonare [14]. Pe de altă parte, după Holdenrieder și colab. [15] eficiența nucleozelor plasmatice este limitată deoarece structura complexelor nucleoproteice este capabilă să protejeze ADNc-ul de degradare.

Studierea eliminării ADN-ului fetal din sângele matern după naștere de către Lo și colab. [16] s-a observat un timp de înjumătățire mediu relativ rapid (16,3 min, interval 4-30 min) al ADNc cf folosind PCR. În timpul procesului de eliminare, se poate separa o fază inițială rapidă de absorbție a țesutului și o a doua fază mai lentă mediată de DNază [16], [17].

Fragmentele de ADNc care circulă în plasmă sunt în principal mostre uniforme ale întregului genom, totuși există unele fragmente supra-reprezentate. Creșterea integrității ADN-ului a fost observată în probele de plasmă tumorală datorită raportului mai mare de fragmente de -actină cu lungimi de 400 pb comparativ cu probele de la pacienții cu boli non-neoplazice, care pot fi cauzate de originea diferită și rata de degradare a ADNc [18]. ].

Originea ADN-ului fără celule

Există multe teorii, uneori contradictorii, referitoare la eliberarea ADNc-ului și distribuția acestuia în organism. De asemenea, suntem doar la primii pași pentru a descoperi mecanismele celulare și moleculare care transferă CFDNA din celule în sânge. Inițial originea agentului patogen a fost atribuită ADNc-ului CFD, ulterior stări patologice diferite, cum ar fi cancerul, inflamația și bolile autoimune, în timp ce în cele din urmă s-a demonstrat că este prezentă în plasma subiecților cu condiții fiziologice normale [19], [20], de asemenea. Înțelegerea noastră actuală este că celulele apoptotice - care sunt prezente și la persoanele sănătoase - sunt sursa primară. În plus, în diferite boli (inflamație, autoimune, traume și cancer) celulele necrotice pot crește nivelul de ADNc [8], [21].

Există o teorie alternativă, care sugerează că celulele albe din sânge sunt principala sursă de ADNc. Lee și colab. [22] atribuie concentrația mai mare în ser decât probele de plasmă procesului de coagulare cauzat de liza celulelor albe din sânge. De asemenea, în limfocite, ADN-ul cu greutate moleculară mai mică decât ADN-ul genomic poate forma un complex cu glicoproteine ​​și poate fi eliberat activ în fluxul sanguin pentru a acționa ca o moleculă de semnalizare în diferite căi de transducție a semnalului [23], [24].

Numeroase grupuri au demonstrat că pot fi detectate modificările genetice și epigenetice ale ADNc-ului la pacienții cu cancer [25] și a fost sugerat și un posibil rol în genometastază [26]. Dacă problemele referitoare la marile variații ale sensibilității și specificității și nepotrivirea dintre profilurile de cancer din studiile CFDNA și alte metode [20], [27] ar fi rezolvate, atunci monitorizarea CFDNA ar putea fi un instrument promițător în diagnosticul cancerului.

Surse străine de ADNc

Există dovezi că dincolo de celulele umane ale subiectului, alte organisme pot contribui la bugetul ADNc.

Alți oameni: Originea predominantă a donatorului a fost efectuată la pacienții cărora li s-au efectuat transplanturi de măduvă osoasă care nu au concordanță sexuală utilizând cuantificarea secvențelor cromozomului Y ale CFDNA plasmatic și seric [28]. ADN-ul fără celule al fătului poate fi detectat în plasma maternă, promițând teste prenatale neinvazive ale afecțiunilor genetice fetale [29]. Deși ADN-ul fetal este într-o concentrație relativ scăzută în comparație cu ADNc-ul matern, ADN-ul fetal are o greutate moleculară mai mică. Cu separarea mărimii fragmentelor, ADN-ul fetal poate fi îmbogățit [30] la un nivel care face posibilă diagnosticul. Rețineți că, în studiul nostru, folosim o tehnică similară și constatăm că într-adevăr fracțiuni CFDNA de dimensiuni diferite pot avea origine diferită.

Viruși.

ADN-ul virusului a fost identificat folosind probe de plasmă de la diferiți pacienți cu tumori legați de virus (pulmonar, gastric, cap și gât) [31] - [33], cu toate acestea, concentrația ADN-ului virusului nu a putut fi legată de dimensiunea tumorii solide și nu s-a putut identifica ADN viral în cancerul de col uterin [34].

Bacterii.

Folosind analiza 16S rDNA Jiang et. al [35] a arătat că nivelul ADN-ului bacterian din plasma umană se corelează cu activarea imună și amploarea restaurării imune la persoanele infectate cu HIV tratate cu antiretrovirale. Secvențele Citrobacter freundii și Pseudomonas aeruginosa au fost identificate de la pacienții cu pancreatită acută prin PCR și abordare bazată pe secvențierea [36].

ADN-ul din alimentele consumate nu este de obicei considerat ca o posibilă sursă de ADNc, deoarece în timpul digestiei alimentelor, se crede că toate macromoleculele sunt degradate în constituenți elementari, cum ar fi aminoacizii și nucleotidele, care sunt apoi transferați în sistemul circulator prin mai multe procese active complexe [3 ]. Cu toate acestea, există studii pe animale, concentrându-se în principal pe problema OMG-urilor [4], susținând ideea că fragmente mici de acizi nucleici pot trece în sânge și chiar pot ajunge în diferite țesuturi. De exemplu, fragmente de ADN străine au fost detectate prin tehnici bazate pe PCR în tractul digestiv și leucocite de păstrăv curcubeu hrănite cu soia modificată genetic [37], iar alte studii au raportat rezultate similare la capre [38], porci [39], [40] și șoareci [5].

Rezultate si discutii

Ca prim pas am studiat compoziția ADNc-ului în eșantioane de la 200 de persoane umane grupate în patru grupuri pe baza diagnosticului de colonoscopie ca având boală inflamatorie intestinală (IBD), adenom (AD), cancer colorectal (CRC) sau ca negativ (NEG) . Pentru a evita contaminarea, am folosit un sistem de colectare a sângelui și de separare a plasmei. În timpul izolării acidului nucleic s-au utilizat fluxul laminar cu filtru HEPA și vârfuri de pipetare filtrate. Întrucât, în faza incipientă, am separat ADN-ul de particule, singura posibilitate de contaminare ar fi fost sub forma de ADN liber, pe care îl considerăm foarte improbabil.