Upptäck DNA -metylering från bakterier och mikrobiomer med hjälp av nanopore -teknik

Journalnamn: Naturmetoder

Artikelens titel: Upptäck flera typer av DNA -metylering från enskilda bakterier och mikrobiomer med hjälp av nanoporesekvensering

Motsvarande författare: Gang Fang, Doktorsexamen

Slutsats:

• Bakteriell DNA -metylering sker i olika sekvenssammanhang och spelar viktiga funktionella roller i cellulärt försvar och genreglering. Allt fler studier har rapporterat att bakteriell DNA -metylering har viktiga roller som påverkar kliniskt relevanta fenotyper som virulens, värdkolonisering, sporulation, bildning av biofilm, bland andra.
• Bakteriella metylomer innehåller tre primära former av DNA-metylering:N6-metyladenin (6 mA), N4-metylcytosin (4 mC) och 5-metylcytosin (5 mC). Den allmänt använda bisulfit -sekvensering för DNA -metyleringskartläggning i däggdjursgenomer är inte effektiva vid upplösning av bakteriella metylomer. Enmolekyl i realtid (SMRT) kan effektivt kartlägga 6mA och 4mC händelser, och har bemyndigat studien av> 4, 000 bakteriella metylomer under de senaste tio åren. Dock, SMRT -sekvensering kan inte effektivt detektera 5 mC metylering.

Resultat: I det här arbetet, Vi utvecklade en ny metod som möjliggör nanoporesekvensering för allmänt tillämpbar metyleringsupptäckt. Vi applicerade det på enskilda bakterier och tarmmikrobiomet för pålitlig metyleringsupptäckt. Dessutom, vi demonstrerade användningen av DNA -metylering för högupplöst mikrobiomanalys, kartlägga mobila genetiska element med sina värdgenomer direkt från mikrobiomprover.

Varför forskningen är intressant:

• Att slåss med bakteriella patogener. Antibiotikaresistens utgör en stor risk för folkhälsan. För bästa kamp med bakteriella patogener, Det är viktigt att upptäcka nya läkemedelsmål. Allt fler bevis tyder på att bakteriell DNA -metylering spelar viktiga roller för att reglera bakteriell fysiologi som virulens, sporulation, bildning av biofilm, patogen-värd-interaktion etc. Den nya metoden i detta arbete gör det möjligt för forskare att mer effektivt upptäcka ny DNA-metylering från bakteriella patogener, öppna nya möjligheter att upptäcka nya mål för att designa nya hämmare.
• För att bättre förstå mikrobiom. Trots ökande uppskattning för mikrobiomets roll i människors hälsa, omfattande karakterisering av mikrobiomer är fortfarande svårt. För att effektivt utnyttja den terapeutiska kraften hos mikrobiom, det är viktigt att förstå de specifika bakteriearterna och särskilda stammarna i humant mikrobiom. Vår nya metod kombinerar kraften i långläst sekvensering och bakteriell DNA -metylering för att lösa komplexa mikrobiomprover till enskilda arter och stammar. Så, det kommer också att ge högre upplösning karakterisering av humant mikrobiom för medicinska tillämpningar.
• Kraften hos metyleringsbaserad kartläggning av mobila genetiska element (som ofta kodar för antibiotikaresistensgener) till deras värdgenomer hjälper också till att spåra överföring av antibiotikaresistensgener.

Hur: Genom att undersöka tre typer av DNA -metylering i en stor mångfald sekvenssammanhang, vi observerade att nanoporesekvenseringssignal visar komplex heterogenitet över metyleringshändelser av samma typ. För att fånga denna komplexitet och möjliggöra nanoporesekvensering för allmänt tillämpbar metyleringsupptäckt, vi genererade en träningsdataset från ett sortiment av bakteriearter och utvecklade en ny metod som kopplar ihop identifiering och fin kartläggning av de tre formerna av DNA-metylering till en klassificeringsdesign med flera etiketter.

Vi utvärderade metoden och applicerade den sedan på enskilda bakterier och mikrobiom från musens tarm för pålitlig upptäckt av metylering. Dessutom, vi demonstrerade i mikrobiomanalysen användningen av DNA -metylering för att binda metagenomiska contigs, associerar mobila genetiska element med sina värdgenomer, och för första gången, identifiera felmonterade metagenomiska contigs.

Sa Mount Mount Sinais Gang Fang av verket:

• DNA -metylering spelar viktiga roller i det mänskliga genomet, och studeras mycket inom hälsa och olika sjukdomar. DNA -metylering förekommer också i bakterier, men vår nuvarande förståelse är fortfarande i ett relativt tidigt skede.
• Allt fler studier har rapporterat att bakteriell DNA -metylering spelar viktiga roller för att reglera medicinskt relevanta fenotyper av patogena bakterier, såsom virulens, bildning av biofilm, virulens, sporulation, bland andra.
• En bredare och djupare studie av bakteriell DNA -metylering kräver tillförlitlig teknik, och vår nya metod fyller ett viktigt gap genom att den nu möjliggör användning av Nanopore -sekvensering för att göra nya upptäckter från bakteriella genomer.
• Denna nya metod har stor nytta för att upptäcka olika former av DNA -metylering från bakterier, bistå med funktionella studier av epigenetisk reglering av bakterier, och utnyttja bakteriella epigenomer för effektivare metagenomiska analyser.

• Förödande leversjukdom klåda visar sig ha en överraskande orsak
• Studien banar väg för effektiv övervakning av kemoterapeutisk läkemedelsnivå hos cancerpatienter