Objavenie metylácie DNA z baktérií a mikrobiómu pomocou technológie nanopórov

Názov časopisu: Prírodné metódy

Názov článku: Objavenie viacerých typov metylácie DNA z jednotlivých baktérií a mikrobiómu pomocou sekvenovania nanopórov

Zodpovedajúci Autor: Gang Fang, PhD

Spodná čiara:

• K metylácii bakteriálnej DNA dochádza v rôznych kontextoch sekvencií a hrá dôležité funkčné úlohy v obrane buniek a génovej regulácii. Čoraz viac štúdií uvádza, že metylácia bakteriálnej DNA má dôležitú úlohu pri klinicky relevantných fenotypoch, ako je virulencia, kolonizácia hostiteľa, sporulácia, tvorba biofilmu, medzi ostatnými.
• Bakteriálne metylomy obsahujú tri primárne formy metylácie DNA:N6-metyladenín (6 mA), N4-metylcytozín (4 mC) a 5-metylcytozín (5 mC). Široko používané bisulfitové sekvenovanie na mapovanie metylácie DNA v cicavčích genómoch nie je účinné pri rozlišovaní bakteriálnych metylomov. Jedna molekula v reálnom čase (SMRT) môže efektívne mapovať udalosti 6 mA a 4 mC, a splnomocnili štúdiu na> 4, 000 bakteriálnych metylomov za posledných desať rokov. Avšak, Sekvenovanie SMRT nemôže efektívne detegovať metyláciu 5 mC.

Výsledky: V tejto práci, vyvinuli sme novú metódu, ktorá umožňuje sekvenovanie nanopórov pre široko aplikovateľný objav metylácie. Aplikovali sme to na jednotlivé baktérie a črevný mikrobióm na spoľahlivé objavenie metylácie. Navyše, demonštrovali sme použitie metylácie DNA na analýzu mikrobiómov s vysokým rozlíšením, mapovanie mobilných genetických prvkov s ich hostiteľskými genómami priamo zo vzoriek mikrobiómov.

Prečo je výskum zaujímavý:

• Do boja s bakteriálnymi patogénmi. Odolnosť voči antibiotikám predstavuje veľké riziko pre verejné zdravie. Aby sme najlepšie bojovali s bakteriálnymi patogénmi, je dôležité objaviť nové drogové ciele. Čoraz viac dôkazov naznačuje, že metylácia bakteriálnej DNA hrá dôležitú úlohu pri regulácii bakteriálnej fyziológie, ako je virulencia, sporulácia, tvorba biofilmu, interakcia patogén-hostiteľ atď. Nová metóda v tejto práci umožňuje výskumníkom efektívnejšie objaviť novú metyláciu DNA z bakteriálnych patogénov, otváranie nových príležitostí na objavovanie nových cieľov pri navrhovaní nových inhibítorov.
• Pre lepšie pochopenie mikrobiómu. Napriek rastúcemu uznaniu úlohy mikrobiómu v ľudskom zdraví, komplexná charakterizácia mikrobiómov je naďalej ťažká. Na efektívne využitie terapeutickej sily mikrobiómu je dôležité porozumieť špecifickým druhom baktérií a konkrétnym kmeňom v ľudskom mikrobióme. Naša nová metóda kombinuje silu sekvenovania dlhého čítania a metylácie bakteriálnej DNA na rozlíšenie komplexných vzoriek mikrobiómov na jednotlivé druhy a kmene. Takže, umožní tiež charakterizáciu vyššieho rozlíšenia ľudského mikrobiómu pre lekárske aplikácie.
• Sila mapovania mobilných genetických prvkov založených na metylácii (často kódujúcich gény rezistencie na antibiotiká) na ich hostiteľské genómy tiež pomáha sledovať prenos génov rezistencie na antibiotiká.

Ako: Skúmaním troch typov metylácie DNA vo veľkej rozmanitosti sekvenčných kontextov pozorovali sme, že signál sekvenovania nanopórov vykazuje komplexnú heterogenitu naprieč metylačnými udalosťami rovnakého typu. Aby sa zachytila ​​táto zložitosť a umožnilo sekvenovanie nanopórov pre široko aplikovateľný objav metylácie, vygenerovali sme školiaci súbor údajov zo sortimentu bakteriálnych druhov a vyvinuli sme novú metódu, ktorá spája identifikáciu a jemné mapovanie troch foriem metylácie DNA do viac klasifikačného klasifikačného návrhu.

Metódu sme vyhodnotili a potom aplikovali na jednotlivé baktérie a mikrobiómy čriev myší pre spoľahlivé objavenie metylácie. Navyše, v mikrobiómovej analýze sme demonštrovali použitie metylácie DNA na binovanie metagenomických kontigov, asociácia mobilných genetických prvkov s ich hostiteľskými genómami, a prvýkrát, identifikácia nesprávne zostavených metagenomických kontigov.

Gang Fang Mount Sinai o diele:

• Metylácia DNA hrá dôležitú úlohu v ľudskom genóme, a je široko študovaný v oblasti zdravia a rôznych chorôb. Metylácia DNA je tiež rozšírená v baktériách, ale naše súčasné chápanie je stále v relatívne ranom štádiu.
• Rastúci počet štúdií uvádza, že metylácia bakteriálnej DNA hrá dôležitú úlohu pri regulácii medicínsky relevantných fenotypov patogénnych baktérií, ako je virulencia, tvorba biofilmu, virulencia, sporulácia, medzi ostatnými.
• Širšie a hlbšie štúdium metylácie bakteriálnej DNA si vyžaduje spoľahlivé technológie, a naša nová metóda vypĺňa dôležitú medzeru v tom, že teraz umožňuje použitie sekvenovania Nanopore na nové objavy z bakteriálnych genómov.
• Táto nová metóda má široké využitie pri objavovaní rôznych foriem metylácie DNA z baktérií, pomoc pri funkčných štúdiách epigenetickej regulácie v baktériách, a využitie bakteriálnych epigenomov na efektívnejšie metagenomické analýzy.

• Ukázalo sa, že zničujúce svrbenie pečene má prekvapivú príčinu
• Štúdia pripravuje cestu pre účinné monitorovanie hladiny chemoterapeutických liekov u pacientov s rakovinou