Oppdage DNA -metylering fra bakterier og mikrobiomer ved hjelp av nanopore -teknologi

Journalnavn: Naturmetoder

Tittel på artikkelen: Oppdage flere typer DNA -metylering fra individuelle bakterier og mikrobiomer ved hjelp av nanoporesekvensering

Tilsvarende forfatter: Gang Fang, PhD

Bunnlinjen:

• Bakteriell DNA -metylering skjer i forskjellige sekvenssammenhenger og spiller viktige funksjonelle roller i mobilforsvar og genregulering. Et økende antall studier har rapportert at bakteriell DNA -metylering har viktige roller som påvirker klinisk relevante fenotyper som virulens, vertskolonisering, sporulering, dannelse av biofilm, blant andre.
• Bakterielle metylomer inneholder tre primære former for DNA-metylering:N6-metyladenin (6 mA), N4-metylcytosin (4mC) og 5-metylcytosin (5mC). Den mye brukte bisulfitt -sekvensering for kartlegging av DNA -metylering i pattedyrgener er ikke effektive for å løse bakterielle metylomer. Enkeltmolekyl i sanntid (SMRT) kan effektivt kartlegge 6mA og 4mC hendelser, og har gitt studien> 4, 000 bakterielle metylomer de siste ti årene. Derimot, SMRT -sekvensering kan ikke effektivt oppdage 5 mC metylering.

Resultater: I dette arbeidet, vi utviklet en ny metode som muliggjør nanoporesekvensering for bredt anvendelig metyleringsfunn. Vi brukte den på individuelle bakterier og tarmmikrobiomet for pålitelig metyleringsfunn. I tillegg, vi demonstrerte bruken av DNA -metylering for høyoppløselig mikrobiomanalyse, kartlegge mobile genetiske elementer med vertsgenomene direkte fra mikrobiomprøver.

Hvorfor forskningen er interessant:

• Å kjempe med bakterielle patogener. Antibiotikaresistens utgjør stor risiko for folkehelsen. For best å bekjempe bakterielle patogener, det er viktig å oppdage nye legemiddelmål. Økende bevis tyder på at bakteriell DNA -metylering spiller viktige roller i regulering av bakteriell fysiologi som virulens, sporulering, dannelse av biofilm, patogen-vert-interaksjon etc. Den nye metoden i dette arbeidet lar forskere mer effektivt oppdage ny DNA-metylering fra bakterielle patogener, åpne nye muligheter for å oppdage nye mål for å designe nye hemmere.
• For å bedre forstå mikrobiomet. Til tross for økende forståelse for mikrobiomets rolle i menneskers helse, omfattende karakterisering av mikrobiomer er fortsatt vanskelig. For effektivt å utnytte den terapeutiske kraften til mikrobiom, det er viktig å forstå de spesifikke bakteriearter og bestemte stammer i humant mikrobiom. Vår nye metode kombinerer kraften i langleset sekvensering og bakteriell DNA -metylering for å løse komplekse mikrobiomprøver til individuelle arter og stammer. Så, det vil også gi karakterisering av høyere oppløsning av humant mikrobiom for medisinske applikasjoner.
• Kraften til metyleringsbasert kartlegging av mobile genetiske elementer (ofte kodende for antibiotikaresistensgener) til vertsgenomene hjelper også med å spore overføringen av antibiotikaresistensgener.

Hvordan: Ved å undersøke tre typer DNA -metylering i et stort mangfold av sekvenskontekster, vi observerte at nanoporesekvenseringssignal viser kompleks heterogenitet på tvers av metyleringshendelser av samme type. For å fange opp denne kompleksiteten og muliggjøre nanoporesekvensering for bredt anvendelig metyleringsfunn, Vi genererte et opplæringsdatasett fra et utvalg av bakteriearter og utviklet en ny metode som kobler identifikasjon og fin kartlegging av de tre former for DNA-metylering til et klassifiseringsdesign med flere etiketter.

Vi evaluerte metoden og brukte den deretter på individuelle bakterier og muse -tarmmikrobiom for pålitelig metyleringsfunn. I tillegg, vi demonstrerte i mikrobiomanalysen bruken av DNA -metylering for å binde metagenomiske contigs, å knytte mobile genetiske elementer til vertsgenomene sine, og for første gang, identifisere feilmonterte metagenomiske contigs.

Sa Mount Sinais Gang Fang av verket:

• DNA -metylering spiller viktige roller i det menneskelige genomet, og er mye studert innen helse og ulike sykdommer. DNA -metylering er også utbredt i bakterier, men vår nåværende forståelse er fortsatt på et relativt tidlig stadium.
• Et økende antall studier har rapportert at bakteriell DNA -metylering spiller viktige roller for å regulere medisinsk relevante fenotyper av patogene bakterier, som virulens, dannelse av biofilm, virulens, sporulering, blant andre.
• Bredere og dypere studier av bakteriell DNA -metylering krever pålitelig teknologi, og vår nye metode fyller et viktig hull ved at den nå muliggjør bruk av Nanopore -sekvensering for å gjøre nye funn fra bakterielle genomer.
• Denne nye metoden har bred nytte for å oppdage forskjellige former for DNA -metylering fra bakterier, bistå med funksjonelle studier av epigenetisk regulering av bakterier, og utnytte bakterielle epigenomer for mer effektive metagenomiske analyser.

• Ødeleggende kløe i leversykdom viser seg å ha en overraskende årsak
• Studien baner vei for effektiv overvåking av kjemoterapeutisk legemiddelnivå hos kreftpasienter