DNR metilinimo iš bakterijų ir mikrobiomo atradimas naudojant nanoporų technologiją

Žurnalo pavadinimas: Gamtos metodai

Straipsnio pavadinimas: Atraskite kelių tipų DNR metilinimą iš atskirų bakterijų ir mikrobiomų, naudodami nanoporų seką

Autorius susirašinėjimui: Gang Fang, Daktaras

Esmė:

• Bakterijų DNR metilinimas vyksta įvairiuose sekų kontekstuose ir atlieka svarbų funkcinį vaidmenį ląstelių gynyboje ir genų reguliavime. Vis daugiau tyrimų pranešė, kad bakterijų DNR metilinimas atlieka svarbų vaidmenį, darant įtaką kliniškai svarbiems fenotipams, tokiems kaip virulentiškumas, šeimininkų kolonizacija, sporuliacija, bioplėvelės susidarymas, tarp kitų.
• Bakterinėse metilomose yra trys pagrindinės DNR metilinimo formos:N6-metiladeninas (6 mA), N4-metilcitozinas (4 mC) ir 5-metilcitozinas (5 mC). Plačiai naudojamas bisulfito sekos nustatymas DNR metilinimo kartografavimui žinduolių genomuose nėra veiksmingas bakterijų metilomų išskyrimui. Vienos molekulės realiuoju laiku (SMRT) galima veiksmingai susieti 6mA ir 4mC įvykius, ir įgalino tirti> 4, 000 bakterinių metilomų per pastaruosius dešimt metų. Tačiau, SMRT sekos nustatymas negali veiksmingai aptikti 5 mC metilinimo.

Rezultatai: Šiame darbe, sukūrėme naują metodą, kuris leidžia nanoporų seką plačiai taikomam metilinimo atradimui. Mes pritaikėme jį atskiroms bakterijoms ir žarnyno mikrobiomui, kad patikimai atrastume metilinimą. Papildomai, mes parodėme DNR metilinimo naudojimą didelės skiriamosios gebos mikrobiomų analizei, mobiliųjų genetinių elementų žemėlapį su jų šeimininko genomais tiesiogiai iš mikrobiomų mėginių.

Kodėl tyrimas įdomus:

• Kova su bakteriniais patogenais. Atsparumas antibiotikams kelia didelį pavojų visuomenės sveikatai. Norėdami geriausiai kovoti su bakteriniais patogenais, svarbu atrasti naujus narkotikų taikinius. Vis daugiau įrodymų rodo, kad bakterijų DNR metilinimas atlieka svarbų vaidmenį reguliuojant bakterijų fiziologiją, pavyzdžiui, virulentiškumą, sporuliacija, bioplėvelės susidarymas, patogeno ir šeimininko sąveika ir tt Naujas šio darbo metodas leidžia mokslininkams efektyviau atrasti naują DNR metilinimą iš bakterinių patogenų, atveria naujas galimybes naujų tikslų atradimui, kuriant naujus inhibitorius.
• Norėdami geriau suprasti mikrobiomą. Nepaisant to, kad vis labiau vertinamas mikrobiomo vaidmuo žmonių sveikatai, visapusiškas mikrobiomų apibūdinimas išlieka sunkus. Norint efektyviai panaudoti mikrobiomos terapinę galią, svarbu suprasti konkrečias žmogaus mikrobiomos bakterijų rūšis ir tam tikras padermes. Mūsų naujas metodas apjungia ilgo skaitymo sekos ir bakterijų DNR metilinimo galią, kad išskaidytų sudėtingus mikrobiomų mėginius į atskiras rūšis ir padermes. Taigi, tai taip pat įgalins aukštesnės skiriamosios gebos žmogaus mikrobiomos apibūdinimą medicinos reikmėms.
• Metilinimo pagrindu sukurtas mobiliųjų genetinių elementų (dažnai koduojančių atsparumo antibiotikams genus) atvaizdavimas į jų šeimininko genomus taip pat padeda sekti atsparumo antibiotikams genų perdavimą.

Kaip: Išnagrinėjus trijų tipų DNR metilinimą daugelyje sekų kontekstų, mes pastebėjome, kad nanoporų sekos nustatymo signalas rodo sudėtingą to paties tipo metilinimo įvykių nevienalytiškumą. Norėdami užfiksuoti šį sudėtingumą ir įgalinti nanoporų seką plačiai taikomam metilinimo atradimui, mes sukūrėme mokymo duomenų rinkinį iš bakterijų rūšių asortimento ir sukūrėme naują metodą, kuris sujungia trijų DNR metilinimo formų identifikavimą ir tikslų susiejimą su kelių etikečių klasifikavimo projektu.

Mes įvertinome metodą ir tada pritaikėme jį atskiroms bakterijoms ir pelių žarnyno mikrobiomai, kad būtų galima patikimai nustatyti metilinimą. Papildomai, mikrobiomo analizėje parodėme, kaip DNR metilinimas naudojamas metagenominių junginių derinimui, mobiliųjų genetinių elementų susiejimas su jų šeimininkų genomais, ir pirmą kartą, nustatyti netinkamai surinktus metagenominius ryšius.

Pasakė Sinajaus kalno gaujos iltis:

• DNR metilinimas atlieka svarbų vaidmenį žmogaus genome, ir yra plačiai tiriamas sveikatos ir įvairių ligų. DNR metilinimas taip pat paplitęs bakterijose, tačiau dabartinis mūsų supratimas dar yra palyginti ankstyvoje stadijoje.
• Vis daugiau tyrimų parodė, kad bakterijų DNR metilinimas atlieka svarbų vaidmenį reguliuojant mediciniškai svarbius patogeninių bakterijų fenotipus, pavyzdžiui, virulentiškumas, bioplėvelės susidarymas, virulentiškumas, sporuliacija, tarp kitų.
• Platesniam ir gilesniam bakterijų DNR metilinimo tyrimui reikalingos patikimos technologijos, ir mūsų naujasis metodas užpildo svarbią spragą, nes dabar leidžia naudoti „Nanopore“ seką, siekiant naujų atradimų iš bakterijų genomų.
• Šis naujas metodas yra labai naudingas atrandant įvairias bakterijų DNR metilinimo formas, padeda atlikti bakterijų epigenetinio reguliavimo funkcinius tyrimus, ir bakterijų epigenomų panaudojimas efektyvesnėms metagenominėms analizėms.

• Pražūtingas kepenų ligos niežėjimas turi stebėtiną priežastį
• Tyrimas atveria kelią veiksmingam chemoterapinių vaistų lygio stebėjimui vėžiu sergantiems pacientams