Découvrir la méthylation de l'ADN des bactéries et du microbiome à l'aide de la technologie des nanopores

Nom de la revue : Méthodes naturelles

Titre de l'article : Découvrir plusieurs types de méthylation de l'ADN à partir de bactéries et de microbiomes individuels à l'aide du séquençage des nanopores

Auteur correspondant: Gang Fang, Doctorat

En bout de ligne :

• La méthylation de l'ADN bactérien se produit dans divers contextes de séquence et joue des rôles fonctionnels importants dans la défense cellulaire et la régulation des gènes. Un nombre croissant d'études ont rapporté que la méthylation de l'ADN bactérien a des rôles importants affectant des phénotypes cliniquement pertinents tels que la virulence, colonisation de l'hôte, sporulation, formation de biofilm, entre autres.
• Les méthylomes bactériens contiennent trois formes principales de méthylation de l'ADN :la N6-méthyladénine (6 mA), N4-méthylcytosine (4mC) et 5-méthylcytosine (5mC). Le séquençage au bisulfite largement utilisé pour la cartographie de la méthylation de l'ADN dans les génomes de mammifères n'est pas efficace pour résoudre les méthylomes bactériens. Une molécule unique en temps réel (SMRT) peut cartographier efficacement les événements 6 mA et 4 mC, et ont permis l'étude de>4, 000 méthylomes bactériens au cours des dix dernières années. Cependant, Le séquençage SMRT ne peut pas détecter efficacement la méthylation à 5 mC.

Résultats: Dans ce travail, nous avons développé une nouvelle méthode qui permet le séquençage des nanopores pour une découverte de méthylation largement applicable. Nous l'avons appliqué à des bactéries individuelles et au microbiome intestinal pour une découverte fiable de la méthylation. En outre, nous avons démontré l'utilisation de la méthylation de l'ADN pour l'analyse du microbiome à haute résolution, cartographier les éléments génétiques mobiles avec leurs génomes hôtes directement à partir d'échantillons de microbiome.

Pourquoi la recherche est intéressante :

• Pour lutter contre les agents pathogènes bactériens. La résistance aux antibiotiques pose un grand risque pour la santé publique. Pour mieux lutter contre les agents pathogènes bactériens, il est important de découvrir de nouvelles cibles médicamenteuses. De plus en plus de preuves suggèrent que la méthylation de l'ADN bactérien joue un rôle important dans la régulation de la physiologie bactérienne telle que la virulence, sporulation, formation de biofilm, interaction agent pathogène-hôte, etc. La nouvelle méthode de ce travail permet aux chercheurs de découvrir plus efficacement une nouvelle méthylation de l'ADN à partir d'agents pathogènes bactériens, ouvrant de nouvelles opportunités pour découvrir de nouvelles cibles pour concevoir de nouveaux inhibiteurs.
• Pour mieux comprendre le microbiome. Malgré une appréciation croissante du rôle du microbiome dans la santé humaine, la caractérisation complète des microbiomes reste difficile. Pour exploiter efficacement le pouvoir thérapeutique du microbiome, il est important de comprendre les espèces bactériennes spécifiques et les souches particulières du microbiome humain. Notre nouvelle méthode combine la puissance du séquençage à longue lecture et de la méthylation de l'ADN bactérien pour résoudre des échantillons de microbiome complexes en espèces et souches individuelles. Donc, il permettra également une caractérisation à plus haute résolution du microbiome humain pour des applications médicales.
• La puissance de la cartographie basée sur la méthylation des éléments génétiques mobiles (souvent codant pour des gènes de résistance aux antibiotiques) vers leurs génomes hôtes permet également de suivre la transmission des gènes de résistance aux antibiotiques.

Comment: En examinant trois types de méthylation de l'ADN dans une grande diversité de contextes de séquences, nous avons observé que le signal de séquençage des nanopores affiche une hétérogénéité complexe entre les événements de méthylation du même type. Pour capturer cette complexité et permettre le séquençage des nanopores pour une découverte de méthylation largement applicable, nous avons généré un ensemble de données d'entraînement à partir d'un assortiment d'espèces bactériennes et développé une nouvelle méthode qui couple l'identification et la cartographie fine des trois formes de méthylation de l'ADN dans une conception de classification multi-étiquettes.

Nous avons évalué la méthode, puis l'avons appliquée à des bactéries individuelles et au microbiome intestinal de souris pour une découverte fiable de la méthylation. En outre, nous avons démontré dans l'analyse du microbiome l'utilisation de la méthylation de l'ADN pour le binning des contigs métagénomiques, associer des éléments génétiques mobiles à leurs génomes hôtes, et pour la première fois, identifier les contigs métagénomiques mal assemblés.

Dit Gang Fang du mont Sinaï à propos de l'œuvre :

• La méthylation de l'ADN joue un rôle important dans le génome humain, et est largement étudié dans la santé et diverses maladies. La méthylation de l'ADN est également répandue chez les bactéries, mais notre compréhension actuelle en est encore à un stade relativement précoce.
• Un nombre croissant d'études ont rapporté que la méthylation de l'ADN bactérien joue un rôle important dans la régulation des phénotypes médicalement pertinents des bactéries pathogènes, comme la virulence, formation de biofilm, virulence, sporulation, entre autres.
• Une étude plus large et plus approfondie de la méthylation de l'ADN bactérien nécessite des technologies fiables, et notre nouvelle méthode comble une lacune importante en ce qu'elle permet désormais d'utiliser le séquençage Nanopore pour faire de nouvelles découvertes à partir de génomes bactériens.
• Cette nouvelle méthode a une large utilité pour découvrir différentes formes de méthylation de l'ADN à partir de bactéries, assister les études fonctionnelles de la régulation épigénétique chez les bactéries, et l'exploitation des épigénomes bactériens pour des analyses métagénomiques plus efficaces.

• Les démangeaisons dévastatrices d'une maladie du foie s'avèrent avoir une cause surprenante
• Une étude ouvre la voie à une surveillance efficace du niveau de médicament chimiothérapeutique chez les patients cancéreux