Upptäckten i C. difficile biologi öppnar nytt fönster för att utveckla behandlingar för farliga infektioner

En process som kallas sporulation som hjälper den farliga bakterien Clostridium difficile ( C. difficile ) för att överleva ogästvänliga förhållanden och spridning regleras av epigenetik, faktorer som påverkar genuttryck bortom DNA -genetisk kod, forskare vid Icahn School of Medicine vid Mount Sinai -rapporten. Detta är den första upptäckten att epigenetik reglerar sporulation i alla bakterier. Deras forskning, publicerad 25 november ^th i Naturmikrobiologi , öppnar ett nytt fönster för att utveckla behandlingar för denna förödande infektion.

C. difficile infekterar nästan en halv miljon människor varje år, orsakar svår diarré och dödar knappt 10 procent av de över 65 år som drabbas av det. Bakteriernas sporer, som sprids genom avföring, är extremt motståndskraftiga och kan överleva utanför kroppen i veckor eller månader, infekterar individer som kommer i kontakt med förorenade ytor.

Eftersom infektionen är så vanlig och förödande, de C. difficile genomet har studerats väl, men Gang Fang, Doktorsexamen, Docent i genetik och genomforskning vid Mount Sinais Icahn Institute for Data Science and Genomic Technology och senior författare till studien, säger att han och hans kollegor tog ett annat tillvägagångssätt i sin forskning. "Vi ville studera bortom bakteriens genetiska kod och titta på vilka kemiska modifieringar som gjordes på genomet, "sade Dr Fang. Medan dessa epigenetiska kemiska modifieringar, kallas metylering, ändra inte genens sekvens, de kan modifiera en viss gen aktivitet för att göra den mer eller mindre aktiv, som har djupa effekter på organismens funktion.

Dr Fangs team var banbrytande för användningen av tredje generationens DNA-sekvensering för att kartlägga epigenetiska faktorer i bakterier 2012 och började studera C. difficile epigenetik 2015. Först, laget isolerade C. difficile från avföringsprov av 36 patienter på intensivvårdsavdelningen (ICU) på Mount Sinai -sjukhuset som hade smittats med det. De analyserade proverna och hittade ett särskilt epigenetiskt mönster som var mycket bevarat i alla prover. Nästa, de kollade cirka 300 C. difficile genomer från GenBank, en databank över genetiska sekvenser som drivs av National Institutes of Health, och fann att alla delade samma gen som är ansvarig för det epigenetiska mönstret som finns hos ICU -patienterna.

Misstänkte detta epigenetiska mönster spelade en avgörande roll för bakteriens funktion, Dr Fangs team samarbetade om ytterligare två studier av C. difficile sporulation och möss infekterade med C. difficile , med Aimee Shens labb, Doktorsexamen, Docent i molekylärbiologi och mikrobiologi vid Tufts University Medical School och medförfattare till studien, och med labbet av Rita Tamayo, Doktorsexamen, Docent i mikrobiologi och immunologi vid University of North Carolina, Chapel Hill. I en studie med möss, forskarna fann att när de inhiberade den gen som är ansvarig för det epigenetiska mönstret, så mycket som 100 gånger mindre bakterier var närvarande efter 6 dagar jämfört med oförändrade bakterier.

Dr Fang säger att resultaten i dessa studier understryker betydelsen av epigenetik i studien av bakterier och läkemedelsutveckling för infektion.

Förutom att erbjuda nya epigenetiska insikter i studien av C. difficile och möjliga mål för läkemedelsutveckling, Dr Fang hoppas att denna forskning kommer att uppmuntra ytterligare studier av bakteriers epigenetiska egenskaper.

Detta är bara början på vår förståelse av epigenetisk reglering hos bakterier; det finns fortfarande så många frågor som ska besvaras. Vi hoppas att denna spännande upptäckt kommer att uppmuntra till ytterligare tvärvetenskapliga samarbeten för att undersöka bakteriens epigenetik och hur vi kan använda dessa nya insikter för att utveckla livräddande behandlingar för infektion. "

Dr Gang Fang, senior författare till studien

• Tarmmikrober kan tampa ner eller öka svårighetsgraden av norovirusinfektion
• Gener som hjälper tarmstamceller att bränna fett i kosten kan spela en roll vid tjocktarmscancer