Descobrindo a metilação do DNA de bactérias e microbioma usando tecnologia nanopore

Nome do diário: Métodos da Natureza

Título do artigo: Descobrindo vários tipos de metilação de DNA de bactérias e microbiomas individuais usando sequenciamento de nanopore

Autor correspondente: Gang Fang, PhD

Conclusão:

• A metilação do DNA bacteriano ocorre em diversos contextos de sequência e desempenha papéis funcionais importantes na defesa celular e na regulação gênica. Um número crescente de estudos relatou que a metilação do DNA bacteriano tem papéis importantes que afetam fenótipos clinicamente relevantes, como virulência, colonização do hospedeiro, esporulação, formação de biofilme, entre outros.
• Metilomas bacterianos contêm três formas primárias de metilação de DNA:N6-metiladenina (6 mA), N4-metilcitosina (4mC) e 5-metilcitosina (5mC). O sequenciamento de bissulfito amplamente utilizado para mapeamento de metilação de DNA em genomas de mamíferos não é eficaz na resolução de metilomas bacterianos. Uma única molécula em tempo real (SMRT) pode mapear efetivamente eventos de 6mA e 4mC, e capacitaram o estudo de> 4, 000 metilomas bacterianos nos últimos dez anos. Contudo, O sequenciamento SMRT não pode detectar com eficácia a metilação de 5mC.

Resultados: Nesse trabalho, desenvolvemos um novo método que permite o sequenciamento de nanoporos para a descoberta de metilação amplamente aplicável. Nós o aplicamos a bactérias individuais e ao microbioma intestinal para uma descoberta confiável de metilação. Além disso, demonstramos o uso de metilação de DNA para análise de microbioma de alta resolução, mapeamento de elementos genéticos móveis com seus genomas hospedeiros diretamente de amostras de microbioma.

Por que a pesquisa é interessante:

• Para lutar contra patógenos bacterianos. A resistência aos antibióticos representa um grande risco para a saúde pública. Para melhor combater os patógenos bacterianos, é importante descobrir novos alvos de drogas. Cada vez mais evidências sugerem que a metilação do DNA bacteriano desempenha papéis importantes na regulação da fisiologia bacteriana, como a virulência, esporulação, formação de biofilme, interação patógeno-hospedeiro etc. O novo método neste trabalho permite que os pesquisadores descubram com mais eficácia a nova metilação do DNA de patógenos bacterianos, abrindo novas oportunidades para descobrir novos alvos para projetar novos inibidores.
• Para entender melhor o microbioma. Apesar da crescente valorização do papel do microbioma na saúde humana, a caracterização abrangente dos microbiomas continua difícil. Para aproveitar efetivamente o poder terapêutico do microbioma, é importante compreender as espécies de bactérias específicas e cepas particulares no microbioma humano. Nosso novo método combina o poder do sequenciamento de leitura longa e metilação do DNA bacteriano para resolver amostras complexas de microbiomas em espécies e cepas individuais. Então, também irá capacitar a caracterização de alta resolução do microbioma humano para aplicações médicas.
• O poder do mapeamento baseado na metilação de elementos genéticos móveis (muitas vezes codificando genes de resistência a antibióticos) para seus genomas hospedeiros também ajuda a rastrear a transmissão de genes de resistência a antibióticos.

Quão: Ao examinar três tipos de metilação de DNA em uma grande diversidade de contextos de sequência, observamos que o sinal de sequenciamento de nanopore exibe heterogeneidade complexa em eventos de metilação do mesmo tipo. Para capturar essa complexidade e permitir o sequenciamento de nanoporos para a descoberta de metilação amplamente aplicável, geramos um conjunto de dados de treinamento a partir de uma variedade de espécies bacterianas e desenvolvemos um novo método que acopla a identificação e o mapeamento preciso das três formas de metilação do DNA em um projeto de classificação com vários rótulos.

Nós avaliamos o método e então o aplicamos a bactérias individuais e ao microbioma intestinal de camundongos para uma descoberta confiável de metilação. Além disso, demonstramos na análise do microbioma o uso de metilação de DNA para categorizar contigs metagenômicos, associando elementos genéticos móveis com seus genomas hospedeiros, e pela primeira vez, identificar contigs metagenômicos mal montados.

Disse a Gang Fang do Monte Sinai sobre a obra:

• A metilação do DNA desempenha papéis importantes no genoma humano, e é amplamente estudado em saúde e várias doenças. A metilação do DNA também é prevalente em bactérias, mas nosso entendimento atual ainda está em um estágio relativamente inicial.
• Um número crescente de estudos relatou que a metilação do DNA bacteriano desempenha papéis importantes na regulação de fenótipos clinicamente relevantes de bactérias patogênicas, como virulência, formação de biofilme, virulência, esporulação, entre outros.
• O estudo mais amplo e profundo da metilação do DNA bacteriano requer tecnologias confiáveis, e nosso novo método preenche uma lacuna importante, pois agora permite o uso de sequenciamento de Nanopore para fazer novas descobertas de genomas bacterianos.
• Este novo método tem ampla utilidade para descobrir diferentes formas de metilação de DNA de bactérias, auxiliando estudos funcionais de regulação epigenética em bactérias, e explorar epigenomas bacterianos para análises metagenômicas mais eficazes.

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