DNA -metylaation löytäminen bakteereista ja mikrobiomista nanoporeteknologian avulla

Lehden nimi: Luonnon menetelmät

Artikkelin nimi: Useiden DNA -metylaatiotyyppien löytäminen yksittäisistä bakteereista ja mikrobiomista käyttämällä nanopoorisekvensointia

Vastaava kirjoittaja: Gang Fang, PhD

Bottom line:

• Bakteerien DNA -metylaatio tapahtuu erilaisissa sekvenssikonteksteissa ja sillä on tärkeä toiminnallinen rooli solujen puolustuksessa ja geenien säätelyssä. Yhä useammat tutkimukset ovat raportoineet, että bakteerien DNA -metylaatiolla on tärkeä rooli, joka vaikuttaa kliinisesti merkityksellisiin fenotyyppeihin, kuten virulenssiin, isännän kolonisaatio, itiöinti, biofilmin muodostuminen, muiden joukossa.
• Bakteerimetyyliryhmät sisältävät kolme DNA:n metylaation ensisijaista muotoa:N6-methyladenine (6 mA), N4-metyylisytosiini (4 mC) ja 5-metyylisytosiini (5 mC). Laajalti käytetty bisulfiittisekvensointi nisäkkäiden genomien DNA -metylaatiokartoituksessa ei ole tehokas bakteerimetyylien ratkaisemisessa. Yksimolekyylinen reaaliaikainen (SMRT) voi tehokkaasti kartoittaa 6mA ja 4mC tapahtumia, ja ovat voineet tutkia> 4, 000 bakteerimetylomia viimeisen kymmenen vuoden aikana. Kuitenkin, SMRT -sekvensointi ei voi tehokkaasti havaita 5 mC:n metylaatiota.

Tulokset: Tässä työssä, kehitimme uuden menetelmän, joka mahdollistaa nanopoorisekvensoinnin laajalti sovellettavaan metylaatiotutkimukseen. Käytimme sitä yksittäisiin bakteereihin ja suoliston mikrobiomiin luotettavan metylaation löytämiseksi. Lisäksi, esittelimme DNA -metylaation käytön korkean resoluution mikrobiomianalyysiin, kartoittavat liikkuvia geneettisiä elementtejä isäntägenomiensa kanssa suoraan mikrobiominäytteistä.

Miksi tutkimus on mielenkiintoinen:

• Taistella bakteeritautien kanssa. Antibioottiresistenssi aiheuttaa suuren riskin kansanterveydelle. Paras taistelu bakteeritautien kanssa, On tärkeää löytää uusia huumeiden kohteita. Kasvava näyttö osoittaa, että bakteerien DNA -metylaatiolla on tärkeä rooli bakteerifysiologian, kuten virulenssin, säätelyssä itiöinti, biofilmin muodostuminen, patogeeni-isäntä-vuorovaikutus jne. Tämän työn uuden menetelmän avulla tutkijat voivat löytää tehokkaammin uusia DNA-metylaatioita bakteeri-patogeeneistä, avaa uusia mahdollisuuksia löytää uusia kohteita uusien estäjien suunnitteluun.
• Mikrobiomin ymmärtämiseksi paremmin. Huolimatta kasvavasta arvostuksesta mikrobiomin roolille ihmisten terveydessä, Mikrobiomien kattava karakterisointi on edelleen vaikeaa. Hyödyntääksesi tehokkaasti mikrobiomin terapeuttista voimaa, on tärkeää ymmärtää tietyt bakteerilajit ja tietyt kannat ihmisen mikrobiomissa. Uusi menetelmämme yhdistää pitkän lukusekvensoinnin ja bakteerien DNA -metylaation voiman monimutkaisten mikrobiominäytteiden erottamiseksi yksittäisiksi lajeiksi ja kannoiksi. Niin, se mahdollistaa myös ihmisen mikrobiomin korkeamman resoluution karakterisoinnin lääketieteellisiin sovelluksiin.
• Liikkuvien geneettisten elementtien (usein koodaavat antibioottiresistenssigeenejä) metylointiin perustuvan kartoituksen voima isäntägenomeihinsa auttaa myös seuraamaan antibioottiresistenssigeenien siirtymistä.

Miten: Tutkimalla kolmea DNA -metylaatiotyyppiä monenlaisissa sekvenssikonteksteissa, havaitsimme, että nanopoorien sekvensointisignaali näyttää monimutkaisen heterogeenisuuden samantyyppisten metylaatiotapahtumien välillä. Tämän monimutkaisuuden vangitsemiseksi ja nanopoorien sekvensoinnin mahdollistamiseksi laajalti sovellettavaan metylaatiotutkimukseen loimme koulutusdatajoukon bakteerilajien valikoimasta ja kehitimme uuden menetelmän, joka yhdistää kolmen DNA-metylaatiomuodon tunnistamisen ja hienon kartoituksen monimerkkiseen luokittelusuunnitelmaan.

Arvioimme menetelmää ja sitten sovelimme sitä yksittäisiin bakteereihin ja hiiren suoliston mikrobiomiin luotettavan metylaation löytämiseksi. Lisäksi, osoitimme mikrobiomianalyysissä DNA -metylaation käytön metagenomisten yhteyksien yhdistämiseen, liittämällä liikkuvat geneettiset elementit isäntägenomeihinsa, ja ensimmäistä kertaa, tunnistaa väärin kootut metagenomiset yhteydet.

Sanoi Mount Sinai's Gang Fang teoksesta:

• DNA -metylaatiolla on tärkeä rooli ihmisen genomissa, ja sitä tutkitaan laajasti terveydestä ja erilaisista sairauksista. DNA -metylaatio on myös yleistä bakteereissa, mutta nykyinen ymmärryksemme on vielä suhteellisen varhaisessa vaiheessa.
• Yhä useammat tutkimukset ovat raportoineet, että bakteerien DNA -metylaatiolla on tärkeä rooli patogeenisten bakteerien lääketieteellisesti merkityksellisten fenotyyppien säätelyssä, kuten virulenssi, biofilmin muodostuminen, virulenssi, itiöinti, muiden joukossa.
• Bakteerien DNA -metylaation laajempi ja syvempi tutkimus vaatii luotettavia tekniikoita, ja uusi menetelmämme täyttää tärkeän aukon, koska se mahdollistaa nyt Nanopore -sekvensoinnin käytön uusien löydösten tekemiseksi bakteerien genomeista.
• Tällä uudella menetelmällä on laaja hyödyllisyys erilaisten DNA -metylaatiomuotojen löytämiseksi bakteereista, avustaa bakteerien epigeneettisen säätelyn toiminnallisia tutkimuksia, ja hyödyntämällä bakteerien epigenomeja tehokkaampiin metagenomisiin analyyseihin.

• Tuhoisa maksasairaus kutina on yllättävä syy
• Tutkimus avaa tien kemoterapeuttisten lääkkeiden tason tehokkaaseen seurantaan syöpäpotilailla