Otkrivanje metilacije DNA iz bakterija i mikrobioma pomoću nanopore tehnologije

Naziv časopisa: Metode prirode

Naslov članka: Otkrivanje više vrsta metilacije DNA iz pojedinačnih bakterija i mikrobioma pomoću nanopornog sekvenciranja

Odgovarajući autor: Gang Fang, Dr. Sc

Poanta:

• Metilacija bakterijske DNA događa se u različitim kontekstima sekvenci i igra važnu funkcionalnu ulogu u staničnoj obrani i regulaciji gena. Sve veći broj studija izvijestio je da metilacija bakterijske DNA ima važnu ulogu utječući na klinički relevantne fenotipe poput virulencije, kolonizacija domaćina, sporulacija, stvaranje biofilma, između ostalih.
• Bakterijski metilomi sadrže tri primarna oblika metilacije DNA:N6-metiladenin (6 mA), N4-metilcitozin (4mC) i 5-metilcitozin (5mC). Široko korišteno sekvenciranje bisulfita za mapiranje metilacije DNA u genomima sisavaca nije učinkovito u rješavanju bakterijskih metiloma. Jednostruka molekula u stvarnom vremenu (SMRT) može učinkovito mapirati događaje od 6 mA i 4 mC, i osnažili proučavanje> 4, 000 bakterijskih metiloma u posljednjih deset godina. Međutim, SMRT sekvenciranje ne može učinkovito otkriti metilaciju 5 mC.

Rezultati: U ovom djelu, razvili smo novu metodu koja omogućuje sekvenciranje nanopora za široko primjenjivo otkriće metilacije. Primijenili smo ga na pojedine bakterije i crijevni mikrobiom radi pouzdanog otkrivanja metilacije. U Dodatku, pokazali smo uporabu metilacije DNA za analizu mikrobioma visoke razlučivosti, kartiranje pokretnih genetskih elemenata s genomima domaćina izravno iz uzoraka mikrobioma.

Zašto je istraživanje zanimljivo:

• Za borbu s bakterijskim patogenima. Otpornost na antibiotike predstavlja veliki rizik za javno zdravlje. Za najbolju borbu s bakterijskim patogenima, važno je otkriti nove ciljeve droga. Sve više dokaza ukazuje na to da metilacija bakterijske DNA igra važnu ulogu u regulaciji fiziologije bakterija, poput virulencije, sporulacija, stvaranje biofilma, interakcija patogen-domaćin itd. Nova metoda u ovom radu omogućuje istraživačima da učinkovitije otkriju novu metilaciju DNA iz bakterijskih patogena, otvaranje novih mogućnosti za otkrivanje novih ciljeva za stvaranje novih inhibitora.
• Za bolje razumijevanje mikrobioma. Unatoč rastućem uvažavanju uloge mikrobioma u ljudskom zdravlju, sveobuhvatna karakterizacija mikrobioma ostaje teška. Za učinkovito iskorištavanje terapijske moći mikrobioma, važno je razumjeti specifične vrste bakterija i određene sojeve u ljudskom mikrobiomu. Naša nova metoda kombinira moć dugotrajnog sekvenciranja i metilacije bakterijske DNA kako bi se složeni uzorci mikrobioma razdvojili na pojedinačne vrste i sojeve. Tako, također će osnažiti karakterizaciju ljudskog mikrobioma veće rezolucije za medicinske primjene.
• Moć mapiranja mobilnih genetskih elemenata (često kodirajućih gena rezistencije na antibiotike) na temelju metilacije na njihove genome domaćine također pomaže u praćenju prijenosa gena za rezistenciju na antibiotike.

Kako: Ispitivanjem tri vrste metilacije DNA u velikoj raznolikosti konteksta sekvenci, uočili smo da signal za sekvenciranje nanopora prikazuje složenu heterogenost u događajima metilacije istog tipa. Da bi se uhvatila ova složenost i omogućilo sekvenciranje nanopora za široko primjenjivo otkriće metilacije, generirali smo skup podataka za obuku iz asortimana bakterijskih vrsta i razvili novu metodu koja spaja identifikaciju i fino mapiranje tri oblika metilacije DNA u klasifikacijski dizajn s više oznaka.

Ocijenili smo metodu, a zatim je primijenili na pojedinačne bakterije i mikrobiome crijeva miša radi pouzdanog otkrivanja metilacije. U Dodatku, pokazali smo u analizi mikrobioma uporabu metilacije DNA za binning metagenomske kontige, povezivanje mobilnih genetskih elemenata s njihovim genomima domaćinom, i po prvi put, identificiranje pogrešno sastavljenih metagenomskih kontiga.

Rekao je o djelu Gang Fang planine Sinaj:

• Metilacija DNA igra važnu ulogu u ljudskom genomu, i naširoko se proučava u zdravstvu i raznim bolestima. Metilacija DNA također je prisutna u bakterijama, ali naše je sadašnje razumijevanje još uvijek u relativno ranoj fazi.
• Sve veći broj studija izvijestio je da metilacija bakterijske DNA igra važnu ulogu u regulaciji medicinski relevantnih fenotipa patogenih bakterija, poput virulencije, stvaranje biofilma, virulencija, sporulacija, između ostalih.
• Šire i dublje proučavanje bakterijske metilacije DNA zahtijeva pouzdane tehnologije, a naša nova metoda popunjava važnu prazninu u tome što sada omogućuje korištenje nanoporenskog sekvenciranja za nova otkrića iz bakterijskih genoma.
• Ova nova metoda ima široku korisnost za otkrivanje različitih oblika metilacije DNA iz bakterija, pomažući funkcionalnim studijama epigenetske regulacije u bakterijama, te iskorištavanje bakterijskih epigenoma za učinkovitije metagenomske analize.

• Pokazalo se da razorni svrbež bolesti jetre ima iznenađujući uzrok
• Studija otvara put za učinkovito praćenje razine kemoterapeutskih lijekova u pacijenata s rakom